RU2112820C1 - Method of growing lithium triborate monocrystals - Google Patents
Method of growing lithium triborate monocrystals Download PDFInfo
- Publication number
- RU2112820C1 RU2112820C1 RU96114534A RU96114534A RU2112820C1 RU 2112820 C1 RU2112820 C1 RU 2112820C1 RU 96114534 A RU96114534 A RU 96114534A RU 96114534 A RU96114534 A RU 96114534A RU 2112820 C1 RU2112820 C1 RU 2112820C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- melt
- growing
- moo
- crystal
- day
- Prior art date
Links
Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к выращиванию монокристаллов, в частности монокристаллов трибората лития (LBO), обладающих нелинейно-оптическими свойствами и предназначенных для преобразования частоты лазерного излучения, создания параметрических генераторов света. The invention relates to the growth of single crystals, in particular single crystals of lithium triborate (LBO), with non-linear optical properties and designed to convert the frequency of laser radiation, create parametric light generators.
Известны способы выращивания монокристаллов LBO из раствора в расплаве методом снижения температуры расплава, обеспечивающих получение кристаллов, пригодных для изготовления из них оптических элементов. Например, известен способ получения кристаллов LBO в системе Li2O-B2O3, по которому стехиометрические количества исходных материалов Li2CO3, H3BO3, Li2O, B2O3, LiOH смешивают, смесь расплавляют при температуре выше 900oC и проводят рост или первоначально синтезируют соединение LBO, затем расплавляют его вместе с растворителем B2O3 и проводят рост на затравку методом понижения температуры от 834 до 750oC со скоростью 0,2-2oC/сутки при вытягивании со скоростью 1 мм/сутки или без вытягивания. При этом получают кристаллы размером 35х30х15 мм3.Known methods for growing single crystals of LBO from a solution in a melt by lowering the temperature of the melt, providing crystals suitable for the manufacture of optical elements from them. For example, there is a known method of producing LBO crystals in the Li 2 OB 2 O 3 system , in which stoichiometric amounts of the starting materials Li 2 CO 3 , H 3 BO 3 , Li 2 O, B 2 O 3 , LiOH are mixed, the mixture is melted at a temperature above 900 o C and carry out growth or initially synthesize the LBO compound, then melt it together with solvent B 2 O 3 and conduct growth by seed by lowering the temperature from 834 to 750 o C at a rate of 0.2-2 o C / day when stretching at a speed 1 mm / day or without stretching. In this case, crystals of size 35x30x15 mm 3 are obtained.
Известен также способ выращивания кристаллов LBO из раствора-расплава в системе Li2O - B2O3 путем смещения гомогенной смеси исходных материалов Li2CO3 и H3BO3, расплавления смеси при температуре 950oC и роста из расплава на затравку путем снижения температуры от 833 до 780oC со скоростью 0,5oC/сутки с последующим охлаждением кристалла со скоростью 40oC/ч. При этом получают прозрачные кристаллы размером до 18х20х6 мм3. Однако использование в качестве растворителя B2O3 приводит к появлению включений в кристаллах, что обусловлено высокой вязкостью данного растворителя, и не позволяет вырастить крупные кристаллы.There is also a known method of growing LBO crystals from a melt solution in the Li 2 O - B 2 O 3 system by displacing a homogeneous mixture of the starting materials Li 2 CO 3 and H 3 BO 3 , melting the mixture at a temperature of 950 o C and growing from the melt to seed by lowering the temperature from 833 to 780 o C at a rate of 0.5 o C / day, followed by cooling of the crystal at a speed of 40 o C / h In this case, transparent crystals are obtained up to 18x20x6 mm 3 in size. However, the use of B 2 O 3 as a solvent leads to the appearance of inclusions in crystals, due to the high viscosity of this solvent, and does not allow to grow large crystals.
Наиболее близким к изобретению является способ получения кристаллов LBO из раствора-расплава в системе Li2O-B2O3-MoO3, включающий растворение исходных материалов Li2CO3, H3BO3 в MoO3 и рост методом снижения температуры от 670 до 580oC со скоростью 5oC/ч. При этом получение расплава в системе Li2O-B2O3-MoO3 происходит через известные реакции разложения исходных реактивов: Li2CO3 (46,6 г), H3BO3 (203,9 г) и MoO3 (158,3 г), что соответствует соотношению Li2O: B2O3: MoO3 0,17: 0,5:0,33 мол.долей. Выращенный кристалл вынимают из расплава и охлаждают до комнатной температуры со скоростью 100oC/ч. По данному способу получены прозрачные кристаллы размером 20х35х9 мм3.Closest to the invention is a method for producing LBO crystals from a melt solution in a Li 2 OB 2 O 3 -MoO 3 system , comprising dissolving the starting materials Li 2 CO 3 , H 3 BO 3 in MoO 3 and growing by lowering the temperature from 670 to 580 o C at a rate of 5 o C / h. In this case, the melt in the system Li 2 OB 2 O 3 -MoO 3 occurs through the known decomposition reactions of the initial reagents: Li 2 CO 3 (46.6 g), H 3 BO 3 (203.9 g) and MoO 3 (158, 3 g), which corresponds to the ratio of Li 2 O: B 2 O 3 : MoO 3 0.17: 0.5: 0.33 mol. The grown crystal is removed from the melt and cooled to room temperature at a rate of 100 ° C./h. By this method, transparent crystals with a size of 20x35x9 mm 3 were obtained.
Однако при проведении роста в данных условиях кристаллы растут вглубь расплава, занимая все больший объем в процессе роста, что приводит к ухудшению естественной конвекции в расплаве и изменению условий роста, что затрудняет регулирование процесса. В сочетании с большой анизотропией кристалла по свойствам, в том числе по скоростям роста разных граней, это приводит к образованию застойных зон и включений растворителей в направлении 111 и 201. However, when conducting growth under these conditions, crystals grow deep into the melt, occupying an increasingly large volume during the growth process, which leads to a deterioration in natural convection in the melt and a change in growth conditions, which makes it difficult to control the process. In combination with a large anisotropy of the crystal in terms of properties, including the growth rates of different faces, this leads to the formation of stagnant zones and inclusions of solvents in the 111 and 201 directions.
Для повышения оптического качества и увеличения размеров кристаллов трибората лития предложено для получения кристаллов LBO из раствора-расплава на затравку путем снижения температуры расплава выращивание проводить из расплава, состав которого определен областью ABCD диаграммы трехкомпонентной системы Li2O-B2O3-MoO3, при вытягивании кристалла со скоростью 0,3 - 1,3 мм/сутки, при этом температуру расплава снижать от 750 - 790 до 690 - 720oC со скоростью 1 - 2oC/сутки. При этом координаты системы определены следующими точками, мол.доли:
A: Li2O - 0,18; B2O3 - 0,51; MoO3 - 0,31;
B: Li2O - 0,17; B2O3 - 0,83; MoO3 - 0;
C: Li2O - 0,04; B2O3 - 0,21; MoO3 - 0,75;
D: Li2O - 0,28; B2O3 - 0,07; MoO3 - 0,65.To improve the optical quality and increase the size of the crystals of lithium triborate, it is proposed to obtain LBO crystals from a melt solution by seed by lowering the melt temperature, the growth is carried out from the melt, the composition of which is determined by the ABCD region of the diagram of the ternary system Li 2 OB 2 O 3 -MoO 3 , by stretching crystal at a rate of 0.3 - 1.3 mm / day, while reducing the melt temperature from 750 - 790 to 690 - 720 o C at a rate of 1 - 2 o C / day. In this case, the coordinates of the system are determined by the following points, molar fractions:
A: Li 2 O - 0.18; B 2 O 3 - 0.51; MoO 3 - 0.31;
B: Li 2 O - 0.17; B 2 O 3 - 0.83; MoO 3 - 0;
C: Li 2 O - 0.04; B 2 O 3 - 0.21; MoO 3 - 0.75;
D: Li 2 O - 0.28; B 2 O 3 - 0.07; MoO 3 0.65.
На чертеже представлена диаграмма состава трехкомпонентной системы Li2O-B2O3-MoO3, на которой изображены заявляемая область ABCD кристаллизации LBO и точка N по прототипу.The drawing shows a composition diagram of a three-component system Li 2 OB 2 O 3 -MoO 3 , which shows the inventive region ABCD crystallization of LBO and point N of the prototype.
Диаграмма изучена методами твердофазного синтеза, закалки расплавов и спонтанной кристаллизацией. The diagram was studied by the methods of solid-phase synthesis, quenching of melts and spontaneous crystallization.
Результаты показывают, что проведение кристаллизации за пределами указанной области приводит к сокристаллизации боратов другого состава. The results show that conducting crystallization outside the specified region leads to co-crystallization of borates of a different composition.
Заявляемые составы системы могут быть использованы в различных методах выращивания кристаллов LBO из расплава методом снижения температуры на затравку и предпочтительны в заявляемом способе выращивания при вытягивании затравочного кристалла в процессе роста. The inventive system compositions can be used in various methods of growing LBO crystals from a melt by lowering the temperature of the seed and are preferred in the inventive method of growing by pulling the seed crystal during the growth process.
Проведение роста при вытягивании растущего кристалла из расплава обеспечивает расположение фронта роста вблизи поверхности раздела, хорошее перемешивание плава без образования застойных зон, при этом не меняются условия роста в течение всего времени и упрощается регулирование процесса роста. Carrying out the growth while pulling the growing crystal from the melt provides the location of the growth front near the interface, good mixing of the melt without the formation of stagnant zones, while the growth conditions do not change throughout the whole time and the regulation of the growth process is simplified.
Использование растворителя с низкой вязкостью (MoO3), а также вытягивание растущего кристалла обеспечивают получение кристаллов LBO, максимальные размеры которых составляют 49х52х45 мм, характеризующихся высокими показателями оптического качества: изменение показателя преломления < 10-3, адсорбционные потери < 10-3 см-1, лучевая стойкость > 10 ГВт/см2 при λ =1,06 мкм и τ =1 нс, что позволяет изготавливать оптические элементы размером до (5-15) x (5-15) x (5-30) мм3.The use of a solvent with a low viscosity (MoO 3 ), as well as the drawing of a growing crystal, provide LBO crystals, the maximum sizes of which are 49x52x45 mm, characterized by high optical quality: change in refractive index <10 -3 , adsorption losses <10 -3 cm -1 , radiation resistance> 10 GW / cm 2 at λ = 1.06 μm and τ = 1 ns, which makes it possible to produce optical elements up to (5-15) x (5-15) x (5-30) mm 3 in size.
Таким образом, предложенное решение отвечает условию изобретательского уровня, т.к. достижение технического результата - повышение оптического качества и увеличение размеров кристаллов трибората лития основано как на выборе состава растворителя, так и на установлении оптимальных режимов роста. Известность отдельных режимных параметров не порочит новизны причинно-следственной связи отличительные признаки - технический результат. Thus, the proposed solution meets the condition of an inventive step, because the achievement of the technical result is an increase in optical quality and an increase in the size of the crystals of lithium triborate based on both the choice of solvent composition and the establishment of optimal growth conditions. The fame of individual operational parameters does not discredit the novelty of the cause-effect relationship distinguishing features - the technical result.
Пример. Для получения кристалла LBO использован раствор-расплав, состав которого находится внутри области ABCD и содержит Li2O - 0,2; B2O3 - 0,36; MoO3 - 0,44 мол. долей. Навески исходных реактивов Li2CО3 осч - 156,35 г, B2O3 осч - 265,46 г, MoO3 чда - 671,24 г механически перемешивают в стеклянных емкостях, смесь загружают в платиновый тигель объемом 800 см3 и помещают в печь при температуре 830oC для получения расплава. Раствор-расплав нагревают выше температуры плавления на 100oC и охлаждают до 775oC, на 5oC выше температуры начала кристаллизации. После стабилизации температуры в расплав вносят на платиновом стержне затравку из монокристалла LBO и начинают рост кристалла при снижении температуры от 775 до 720oC со скоростью 0,05oC/ч при одновременном вытягивании кристалла из расплава со скоростью 0,03 мм/ч. Через 40 суток (1000 ч) кристалл достигает размера 49:52:45 мм по осям x: y:z соответственно, после чего его поднимают над поверхностью расплава. Снижение температуры до комнатной проводят со скоростью 20oC/ч.Example. To obtain the LBO crystal, a melt solution was used, the composition of which is inside the ABCD region and contains Li 2 O - 0.2; B 2 O 3 - 0.36; MoO 3 - 0.44 mol. share. Samples of the starting reagents Li 2 CO 3 osch - 156.35 g, B 2 O 3 osch - 265.46 g, MoO 3 and 671.24 g are mechanically mixed in glass containers, the mixture is loaded into a platinum crucible with a volume of 800 cm 3 and placed in a furnace at a temperature of 830 o C to obtain a melt. The melt solution is heated above the melting point by 100 o C and cooled to 775 o C, 5 o C above the temperature of the onset of crystallization. After stabilization of the temperature, the LBO single crystal is seeded in the melt on a platinum rod and crystal growth begins when the temperature decreases from 775 to 720 ° C at a rate of 0.05 ° C / h while the crystal is pulled out of the melt at a rate of 0.03 mm / h. After 40 days (1000 h), the crystal reaches a size of 49:52:45 mm along the x: y: z axes, respectively, after which it is raised above the surface of the melt. Lowering the temperature to room temperature is carried out at a rate of 20 o C / h
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU96114534A RU2112820C1 (en) | 1996-07-16 | 1996-07-16 | Method of growing lithium triborate monocrystals |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU96114534A RU2112820C1 (en) | 1996-07-16 | 1996-07-16 | Method of growing lithium triborate monocrystals |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2112820C1 true RU2112820C1 (en) | 1998-06-10 |
| RU96114534A RU96114534A (en) | 1998-09-20 |
Family
ID=20183460
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU96114534A RU2112820C1 (en) | 1996-07-16 | 1996-07-16 | Method of growing lithium triborate monocrystals |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2112820C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005087984A1 (en) * | 2004-03-15 | 2005-09-22 | Ninel Alexeevna Pylneva | Method for growing large-size perfect lithium triborate crystals |
-
1996
- 1996-07-16 RU RU96114534A patent/RU2112820C1/en active
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005087984A1 (en) * | 2004-03-15 | 2005-09-22 | Ninel Alexeevna Pylneva | Method for growing large-size perfect lithium triborate crystals |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4231838A (en) | Method for flux growth of KTiOPO4 and its analogues | |
| Solntsev et al. | Growth of α-BaB2O4 single crystals from melts at various compositions: comparison of optical properties | |
| US5788764A (en) | KTP solid solution single crystals and process for the production thereof | |
| RU2112820C1 (en) | Method of growing lithium triborate monocrystals | |
| Simonova et al. | Growth of bulk β-BaB2O4 crystals from solution in LiF-Li2O melt and study of phase equilibria | |
| Pylneva et al. | Growth and non-linear optical properties of lithium triborate crystals | |
| US3939252A (en) | Dilithium heptamolybdotetragadolinate | |
| US3565577A (en) | Method for producing potassium niobate crystals | |
| RU2262556C1 (en) | Method of growing large perfect crystals of lithium triborate | |
| US6485562B1 (en) | Production of material with improved infrared transmission | |
| RU2119976C1 (en) | Method of growing binary cesium-lithium borate monocrystal | |
| RU2777116C1 (en) | Method for producing a boron-containing single crystal of lithium niobate | |
| Nakano et al. | Flux growth of LiNdP4O12 single crystals | |
| JP2000264787A (en) | Production of nonlinear optical crystal | |
| RU2114221C1 (en) | Method of growing lithium triborate monocrystals | |
| KR100276969B1 (en) | Mixing apparatus for Potassium niobate melt and method of fabricating Potassium niobate single crystal using the same | |
| JP2881737B2 (en) | Manufacturing method of optical single crystal | |
| US5480569A (en) | Doped crystalline titanyl arsenates and preparation thereof | |
| JPH1053493A (en) | Oxide single crystal and its production | |
| JPH08295507A (en) | Optical crystal and its production | |
| CN109652860B (en) | Sulfur-tin-manganese-strontium compound, sulfur-tin-manganese-strontium nonlinear optical crystal, and preparation method and application thereof | |
| Gier et al. | Method for flux growth of KTiOPO4 and its analogues | |
| Nordborg et al. | Top seeded solution growth of [Rb, Cs] TiOAsO4 | |
| RU2128734C1 (en) | METHOD OF PREPARING MONOCRYSTALS OF POTASSIUM TITANYL ARSENATE KTiOAsO4 | |
| JPS63206393A (en) | Production of single crystal |