RU2296824C1 - Способ получения шихты для выращивания монокристаллов на основе оксидов редкоземельных, рассеянных и тугоплавких металлов или кремния - Google Patents
Способ получения шихты для выращивания монокристаллов на основе оксидов редкоземельных, рассеянных и тугоплавких металлов или кремния Download PDFInfo
- Publication number
- RU2296824C1 RU2296824C1 RU2005137238/15A RU2005137238A RU2296824C1 RU 2296824 C1 RU2296824 C1 RU 2296824C1 RU 2005137238/15 A RU2005137238/15 A RU 2005137238/15A RU 2005137238 A RU2005137238 A RU 2005137238A RU 2296824 C1 RU2296824 C1 RU 2296824C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- mixture
- oxides
- phase
- metals
- charge
- Prior art date
Links
Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
Изобретение относится к химической технологии композиционных материалов. Сущность изобретения: способ включает смешение исходных оксидов в стехиометрическом соотношении компонентов, нагрев смеси со скоростью 300-350°С/час до температуры 1460-1465°С и спекание при этой температуре в течение 6,5-8,0 час. Смешение исходных оксидов может осуществляться при наложении вибрационных колебаний с частотой 50-100 Гц и амплитудой 3-5 мм. Синтез проводят в алундовых стаканах, на внутреннюю поверхность которых нанесен слой оксида галлия. Изобретение позволяет получать шихты однородного фазового и стехиометрического состава. Выход синтезируемой фазы составляет практически 100%. 2 з.п. ф-лы, 3 табл.
Description
Изобретение относится к химической технологии композиционных материалов, а именно к способам синтеза шихты для выращивания монокристаллов на основе смеси оксидов редкоземельных, рассеянных, тугоплавких металлов и кремния.
Монокристаллы на основе смеси оксидов металлов, содержащих оксиды галлия, оксиды редкоземельных элементов, например, лантана, оксиды редких тугоплавких металлов, например, ниобия и тантала, а также оксиды кремния, применяют в качестве пьезоэлектрических материалов. В зависимости от требуемых характеристик используют материалы с различным сочетанием оксидных компонентов, но в строго заданных количествах.
Качество синтезированной шихты определяется заданной стехиометрией, примесным составом, содержанием синтезированной фазы, что напрямую влияет на свойства выращиваемых монокристаллов.
Известны различные способы синтеза шихты для выращивания монокристаллов на основе оксидов редкоземельных, рассеянных, тугоплавких металлов и кремния.
Так, например, известен способ получения шихты для выращивания монокристаллов лантангаллиевого силиката, включающий смешивание оксидов лантана, галлия и кремния и последующий нагрев. Отличие способа заключается в добавлении в смесь оксидов металлического галлия в определенном соотношении и проведении локального и кратковременного нагрева в кислородосодержащей среде до начала протекания реакции самопроизвольного высокотемпературного синтеза в режиме горения. (См. патент РФ №2126063, С 30 В 29/34, опубл. 1999 г.)
Недостатком способа является то, что в шихте, синтезированной по данному способу, содержится металлический галлий на уровне 1·10-2÷1·10-3%, что недопустимо в процессе выращивания монокристаллов. Для доокисления металлического галлия шихту необходимо подвергнуть дополнительной термообработке.
Известен способ получения шихты для выращивания монокристаллов на основе редких, рассеянных и редкоземельных металлов, а именно лантангаллиевого ниобата. Способ заключается в твердофазном синтезе шихты, включающий смешение оксидов лантана, оксида галлия и оксида ниобия в соотношении La2О3:Ga2О3:Nb2O3=7,35:(7,77÷7,79):1, последующий нагрев их до температуры синтеза 1410-1430°С и спекание в течение 6 часов. (См. патент РФ №2160796, С 30 В 29/30, опубл. 2000 г.)
Недостатком способа является получение нестехиометрической шихты, усложняющей процесс корректировки состава шихты при многократном выращивании кристаллов.
Известен способ получения шихты для выращивания монокристаллов на основе смеси оксидов редкоземельных, рассеянных элементов и оксидов кремния, включающий смешение исходных оксидов металлов и спекание при температуре 1400°С в течение 4 часов.
Для получения шихты в виде профилированных таблеток необходимой массы и размеров смесь оксидов засыпают в алундовый тигель в пространство между его внутренними стенками и алуидовым стержнем, установленным в центральной части тигля. Диаметр алундового тигля выбирают равным диаметру иридиевого тигля, в котором из полученной шихты выращивают монокристаллы. В результате спекания одной навески получают профилированную таблетку с отверстием вдоль ее оси. Заполнение иридиевого тигля такими таблетками позволяет наплавить полный объем иридиевого тигля с меньшим нарушением стехиометрического состава. (См. патент РФ №2147048, С 30 В 29/34, опубл. 2000 г.) Способ принят за прототип.
Недостатком способа является загрязнение синтезированной шихты материалом контейнера (алюминием), что негативно влияет на свойства выращиваемых кристаллов, а также неоднородный фазовый состав. Выход синтезируемой фазы менее 90%.
Техническим результатом заявленного изобретения является получение шихты однородного фазового и стехиометрического состава. Технический результат достигается тем, что в способе твердофазного синтеза шихты для выращивания монокристаллов на основе оксидов редкоземельных, рассеянных, тугоплавких металлов и кремния, включающем смешение исходных оксидов, нагрев и спекание, согласно изобретению смешение исходных оксидов проводят в стехиометрическом соотношении компонентов, нагрев ведут со скоростью 300-350°С/час до температуры 1460-1465°С, спекание проводят при этой температуре в течение 6,5-8,0 час, при этом исходные оксиды смешивают при наложении вибрационных колебаний с частотой 50-100 Гц и амплитудой 3-5 мм; кроме того, синтез проводят в алундовых стаканах, на внутреннюю поверхность которых нанесен слой оксида галлия.
Сущность способа заключается в следующем.
Одним из существенных требований, определяющих качество монокристалла, является его структурное совершенство, которое в свою очередь зависит от стехиометрического состава и фазового состава синтезированной шихты.
Все перечисленные выше известные способы приводят к получению шихты нестехиометрического состава и/или с выходом синтезируемой фазы менее 90%. Это приводит к повышенным потерям оксида галлия в ростовых процессах и, следовательно, к нарушению стехиометрии монокристалла.
Стехиометрический состав шихты при ее синтезе в заявленном способе обеспечивают заданным стехиометрическим соотношением исходных оксидов, скоростью нагрева, температурой и временем спекания.
В заявленном способе существенными признаками являются скорость нагрева шихты 300-350°С/час, температура спекания 1460-1465°С и время спекания 6,5-8,0 час.
Быстрый нагрев с заявленной скоростью уменьшает возможность образования диффузионных барьеров в цепи химических превращений исходных продуктов в конечную синтезируемую фазу, увеличение температуры и времени спекания обеспечивает увеличение выхода синтезируемой фазы, а сочетание этих параметров гарантирует полноту прохождения синтеза продукта строго стехиометрического состава.
Кроме того, синтезированная в этих условиях шихта обладает необходимой прочностью, исключающей ее осыпание при переносе в тигель для выращивания монокристаллов.
Дополнительным положительным фактором, сказывающимся на стехиометрии синтезированной шихты, является смешение исходных оксидов при наложении вибрационных колебаний с частотой 50-100 Гц. Равномерное распределение компонентов улучшает прохождение реакции процесса синтеза и положительно влияет на выход синтезируемой фазы.
Проведение синтеза в алундовых тиглях, футерованных оксидом галлия, исключат диффузию примесей из материала тигля и загрязнение шихты.
Таким образом, совокупность отличительных признаков позволяет провести на 100% реакцию синтеза, получить строго стехиометрический состав шихты и за счет повышения выхода продукта повысить производительность процесса синтеза в целом.
Обоснование параметров.
Проведение процесса синтеза при скорости менее 300°С/час отрицательно влияет на полноту прохождения реакции синтеза из-за замедления кинетики взаимодействия исходных компонентов в твердой фазе.
Проведение процесса синтеза при скорости нагрева более 350°С/час приводит к разрушению брикета, что создает неудобства при загрузке шихты в тигель для роста монокристалла, и приводит к возможности загрязнения шихты материалом контейнера.
Температурный интервал определяет полноту синтеза.
Проведение спекания при температуре ниже 1460°С уменьшает выход синтезируемой фазы.
Проведение спекания при температуре выше 1465°С может привести к сцеплению брикета шихты со стенками контейнера. При извлечении брикета возможно разрушение его и загрязнение шихты материалом контейнера (алюминием).
Интервал времени, при котором осуществляют спекание, также определяет полноту реакции синтеза шихты.
Времени на спекание меньше, чем 6,5 часов, недостаточно для полноты протекания реакции синтеза, и выход синтезируемой фазы ниже 100%.
Проведение спекания в течение более 8,0 часов приведет к загрязнению шихты материалом контейнера.
Проведение смешения компонентов шихты при наложении вибрационных колебаний частотой менее 50 Гц и амплитудой менее 3 мм не обеспечивает равномерного распределения компонентов и снижает выход синтезируемой фазы.
Проведение смешения компонентов шихты при наложении вибрационных колебаний частотой более 100 Гц и амплитудой более 5 мм приводит к загрязнению исходных компонентов материалом контейнера для смешения (органическое стекло).
Примеры осуществления способа:
Пример 1
304 г исходной смеси, в которой La2O3 - 138,77 г; Ga2O3 - 146,36 г; Та2O5 - 18,87 г смешивали на электромагнитном вибросмесителе с частотой колебаний 50 Гц и амплитудой 4 мм. Полученную смесь засыпали в алундовый стакан, футерованный оксидом галлия. Тигель устанавливали в печь и проводили нагрев до температуры 1460°С, со скоростью 320°С/час и выдерживали в течение 7,0 часов. В результате термообработки получали спеченный брикет. Фазовый состав синтезированной шихты определяли рентгенофазовым методом.
| Таблица №1 В таблице представлены результаты осуществления способа синтеза шихты лантангаллиевого танталата при различных значениях заявляемых параметров. |
||||
| № | Условия спекания смеси La3Ga5,5Ta0,5O14 | Качество синтезируемой шихты | ||
| Скорость нагрева, °С | Температура спекания, °С | Время спекания, ч | ||
| 1 | 50 | 1470 | 5 | Шихта загрязнена Al из-за взаимодействия с алундовым тиглем |
| 2 | 400 | 1465 | 3,0 | 95,0% фазы ЛГТ |
| 3 | 350 | 1465 | 6,5 | 100,0% фазы ЛГТ |
| 4 | 320 | 1460 | 7,5 | 100,0% фазы ЛГТ |
| 5 | 50 | 1455 | 4,0 | 90,0% фазы ЛГТ |
| 6 | 300 | 1460 | 8,0 | 100,0% фазы ЛГТ |
Пример 2
250 г исходной смеси, в которой La2O3 - 120,09 г; Ga2O3 - 115,15 г; SiO2 - 14,77 г смешивали на механическом смесителе. Полученную смесь засыпали в алундовый стакан, футерованный оксидом галлия. Тигель устанавливали в печь и проводили нагрев до температуры 1460°С, со скоростью 320°С/час и выдерживали в течение 7,0 часов. В результате термообработки получали спеченный брикет. Фазовый состав синтезированной шихты определяли рентгенофазовым методом.
| Таблица №2 В таблице представлены результаты осуществления способа синтеза шихты лантангаллиевого силиката при различных значениях заявляемых параметров. |
||||
| № | Условия спекания смеси La3Ga5SiO14 | Качество синтезируемой шихты | ||
| Скорость нагрева, °С | Температура спекания, °С | Время спекания, ч | ||
| 1 | 50 | 1470 | 5 | Шихта загрязнена Al из-за взаимодействия с алундовым тиглем |
| 2 | 400 | 1465 | 3,0 | 95,0% фазы ЛГС |
| 3 | 350 | 1465 | 6,5 | 100,0% фазы ЛГС |
| 4 | 320 | 1460 | 7,5 | 100,0% фазы ЛГС |
| 5 | 50 | 1455 | 4,0 | 90,0% фазы ЛГС |
| 6 | 300 | 1460 | 8,0 | 100,0% фазы ЛГС |
Пример 3
250 г исходной смеси, в которой La2O3 - 114,12 г; Ga2O3 - 120,36 г; Nb2O5 - 15,52 г смешивали на механическом смесителе. Полученную смесь засыпали в алундовый стакан, футерованный оксидом галлия. Тигель устанавливали в печь и проводили нагрев до температуры 1460°С, со скоростью 320°С/час и выдерживали в течение 7,0 часов. В результате термообработки получали спеченный брикет. Фазовый состав синтезированной шихты определяли рентгенофазовым методом.
| Таблица №3 В таблице представлены результаты осуществления способа синтеза шихты лантангаллиевого ниобата при различных значениях заявляемых параметров. |
||||
| № | Условия спекания смеси La3Ga5,5Nb0,5O14 | Качество синтезируемой шихты | ||
| Скорость нагрева, °С | Температура спекания, °С | Время спекания, ч | ||
| 1 | 50 | 1470 | 5 | Шихта загрязнена Al из-за взаимодействия с алундовым тиглем |
| 2 | 400 | 1465 | 3,0 | 95,0% фазы ЛГН |
| 3 | 350 | 1465 | 6,5 | 100,0% фазы ЛГН |
| 4 | 320 | 1460 | 7,5 | 100,0% фазы ЛГН |
| 5 | 50 | 1455 | 4,0 | 90,0% фазы ЛГН |
| 6 | 300 | 1460 | 8,0 | 100,0% фазы ЛГН |
Таким образом, заявленное изобретение позволяет получить практически 100% выход синтезируемой фазы шихты стехиометрического состава для выращивания монокристаллов на основе оксидов редкоземельных, рассеянных, тугоплавких металлов и кремния, например, таких, как лантангаллиевый силикат, лантангаллиевый танталат/ниобат.
Claims (3)
1. Способ твердофазного синтеза шихты для выращивания монокристаллов на основе оксидов редкоземельных, рассеянных и тугоплавких металлов или кремния, включающий смешение исходных оксидов в стехиометрическом соотношении компонентов, нагрев смеси со скоростью 300-350°С/ч до температуры 1460-1465°С и спекание при этой температуре в течение 6,5-8,0 ч.
2. Способ по п.1, в котором исходные оксиды смешивают при наложении вибрационных колебаний с частотой 50-100 Гц и амплитудой 3-5 мм.
3. Способ по пп.1 и 2, в котором синтез проводят в алундовых стаканах, на внутреннюю поверхность которых нанесен слой оксида галлия.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005137238/15A RU2296824C1 (ru) | 2005-12-01 | 2005-12-01 | Способ получения шихты для выращивания монокристаллов на основе оксидов редкоземельных, рассеянных и тугоплавких металлов или кремния |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005137238/15A RU2296824C1 (ru) | 2005-12-01 | 2005-12-01 | Способ получения шихты для выращивания монокристаллов на основе оксидов редкоземельных, рассеянных и тугоплавких металлов или кремния |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2296824C1 true RU2296824C1 (ru) | 2007-04-10 |
Family
ID=38000340
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2005137238/15A RU2296824C1 (ru) | 2005-12-01 | 2005-12-01 | Способ получения шихты для выращивания монокристаллов на основе оксидов редкоземельных, рассеянных и тугоплавких металлов или кремния |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2296824C1 (ru) |
-
2005
- 2005-12-01 RU RU2005137238/15A patent/RU2296824C1/ru not_active IP Right Cessation
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100552130B1 (ko) | 불화칼슘결정의제조방법및원료의처리방법 | |
| CN1187483C (zh) | 铌锌酸铅－钛酸铅固溶体单晶的熔体法生长 | |
| Xu et al. | Structural defects of Pb (Mg1/3Nb2/3) O3–PbTiO3 single crystals grown by a Bridgman method | |
| CN110079861B (zh) | 磷酸钇锶晶体及其制备方法与应用 | |
| CN110067024B (zh) | 光电功能晶体m3re(po4)3及其制备方法 | |
| EP0000720B1 (en) | Process for producing single crystal of yttrium-iron garnet solid solution | |
| JP5446241B2 (ja) | 融液組成制御一方向凝固結晶成長装置および結晶成長方法 | |
| JP3502394B2 (ja) | ランガサイト・ウェファーおよびその製造方法 | |
| CN110318097B (zh) | 一种铌酸镓镧单晶的制备方法 | |
| RU2296824C1 (ru) | Способ получения шихты для выращивания монокристаллов на основе оксидов редкоземельных, рассеянных и тугоплавких металлов или кремния | |
| RU2687924C1 (ru) | Способ получения германата висмута Bi2Ge3O9 | |
| JP2022533397A (ja) | 圧電単結晶ｍ３ｒｅ（ｐｏ４）３およびその育成方法および応用 | |
| CN1142328C (zh) | 化合物Na3La9B8O27非线性光学晶体及其制法和用途 | |
| JPH0597569A (ja) | 酸化物レーザ単結晶の製造方法 | |
| RU2413041C2 (ru) | Способ твердофазного синтеза шихты для выращивания монокристаллов лантангаллиевого танталата | |
| KR100816764B1 (ko) | 반도체 다결정 화합물 합성장치 및 합성방법 | |
| RU2172362C2 (ru) | Монокристалл для изготовления дисков в устройствах на поверхностно-акустических волнах и способ его получения | |
| RU2108418C1 (ru) | Способ выращивания монокристаллов лантангаллиевого силиката | |
| JP2823741B2 (ja) | ゲルマニウム酸ビスマス単結晶の製造方法 | |
| RU2186886C2 (ru) | Способ получения сложного оксида формулы y2be2sio7 | |
| RU2194808C1 (ru) | Способ получения шихты для выращивания монокристаллов галлосиликатов со структурой галлогерманата кальция | |
| CN117626432A (zh) | 一种消除无序型硅酸镓镧类晶体1.7-2.0μm吸收峰的方法 | |
| RU2241793C2 (ru) | Способ получения шихты для выращивания монокристаллов строннигасита и стронтангасита со структурой галлогерманата кальция | |
| KR970007336B1 (ko) | 압전소자용 및 레이저 발진자용 소재물질의 단결정 제조법 | |
| RU2152462C1 (ru) | Способ выращивания сложных редкоземельных галлийсодержащих оксидов |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20121202 |