專利名稱：：鈮酸鈣單晶體的生長(zhǎng)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及晶體生長(zhǎng)領(lǐng)域，特別是涉及一種鈮酸轉(zhuǎn)(化學(xué)式為CaNb206)單晶體的生長(zhǎng)方法。
背景技術(shù)：
：在人工晶體中，鈮酸鹽類晶體占有很重要的地位，幾乎遍布功能晶體的各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域。鈮酸鹽類晶體主要有鈮酸鍶鋇、鈮酸鉛、鈮鎂酸鉛—鈦酸鉛、鈮鋅酸鉛—鈦酸鉛、鈮酸鋰、鈮酸鈣、鈮酸鉀鋰、鈮酸鋇鈉等等。其中鈮酸鍶鋇晶體是一種重要的熱釋電材料，廣泛應(yīng)用于紅外探測(cè)技術(shù)。鈮鎂酸鉛一鈦酸鉛和鈮鋅酸鉛一鈦酸鉛鐵電馳豫晶體由于其優(yōu)良的壓電、鐵電性能而令世人注目，廣泛應(yīng)用于電子、激光、超聲、水聲、微聲、紅外、導(dǎo)航、生物等各個(gè)
技術(shù)領(lǐng)域：
。鈮酸鋰(Li他ft,簡(jiǎn)稱LN)晶體具有優(yōu)良的電光、熱電、壓電、光折變和非線性光學(xué)效應(yīng)等一系列性質(zhì)。目前已被廣泛應(yīng)用于激光頻率轉(zhuǎn)換、光調(diào)制器、光開關(guān)、表面濾波器、光波導(dǎo)和二次諧波發(fā)生器，是一種不可多得的多功能人工晶體。在非線性光學(xué)應(yīng)用方面，雖然鈮酸鋰的性能非常優(yōu)異，但鈮酸鋰的生長(zhǎng)困難，它也可用提拉法獲得，但由于其光損傷閾值較低，很少應(yīng)用于非線性光學(xué)領(lǐng)域，而主要是應(yīng)用于電光調(diào)制、全息照相、光存貯技術(shù)等領(lǐng)域。最新報(bào)道，摻鐿的LiNbOMMgO晶體是具有較高轉(zhuǎn)換效率的、能發(fā)射1060nm波長(zhǎng)的激光材料。最近幾年，純的以及摻有P,，貼3+等稀土離子的鈮酸輝單晶光纖經(jīng)常被報(bào)道，其吸收和發(fā)射帶寬很寬，是一種有希望的近紅外激光工作物質(zhì)。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于公布一種鈮酸輝晶體的生長(zhǎng)方法。本發(fā)明消除了在CaNb206晶體中的色心；減少了CaNb206晶體在晶體生長(zhǎng)后期發(fā)生相變開裂解理的幾率，獲得了晶體尺寸較大、光學(xué)質(zhì)量高、完整無(wú)開裂、物化性能較好、透過(guò)率達(dá)80%鈮酸鈣單晶，是一種優(yōu)良的發(fā)光基質(zhì)晶體材料。本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下-一種鈮酸轉(zhuǎn)單晶體的生長(zhǎng)方法，該方法包括下列步驟-(DCaNb206晶體原料的制備初始原料采用高純的CaCO3和NbzOs,兩原料的摩爾比為NbaOs:CaC03=L02131.0513;按選定的摩爾比稱取原料，然后燒結(jié)成CaNb206晶體原料塊；(D采用提拉法生長(zhǎng)鈮酸鈣單晶-采用提拉法生長(zhǎng)鈮酸鉀單晶體，將原料塊裝入銥金坩堝，將銥塒堝和籽晶裝入提拉單晶爐內(nèi)，所述的籽晶是<001>方向的CaNb206晶棒，裝入單晶爐完后，單晶爐內(nèi)抽真空至110Pa,充入0.010.03MPa中性氣氛或還原性氣氛，在髙于熔點(diǎn)508(TC(1610"C16401C)時(shí)化料，恒溫12小時(shí)，在1560TC時(shí)進(jìn)行晶體生長(zhǎng)，晶體生長(zhǎng)速度為12mm/h,晶體的轉(zhuǎn)動(dòng)速度為510rpm,晶體生長(zhǎng)結(jié)束，晶體提脫后，充0.0010.003MPa氧氣或空氣，以2040"C/h的速率降溫，當(dāng)降溫至95010001C時(shí)，通過(guò)調(diào)整加熱功率，快速跳過(guò)相變點(diǎn)溫度；或者加快降溫速率，以406(TC/h的降溫速率來(lái)避開相變點(diǎn)溫度925'C。另一種鈮酸鈣單晶體的生長(zhǎng)方法，包括下列步驟-①CaNb206晶體原料的制備-初始原料采用高純的CaC03和NbaOs，兩原料的摩爾比為Nb205:CaC03=L02131.0513;按選定的摩爾比稱取原料，然后燒結(jié)成C,06晶體原料塊；②采用提拉法生長(zhǎng)鈮酸輝單晶采用提拉法生長(zhǎng)鈮酸鈣單晶體，將原料塊裝入銥金坩堝，將銥鉗堝和籽晶裝入提拉單晶爐內(nèi)，所述的籽晶是<001>方向的CaNb206晶棒，裝入單晶爐完后，單晶爐內(nèi)抽真空至110Pa,充入0.010.03MPa中性氣氛或還原性氣氛，在高于熔點(diǎn)50801C(161(TC16401C)時(shí)化料，恒溫12小時(shí)，在1560t)時(shí)進(jìn)行晶體生長(zhǎng)，晶體生長(zhǎng)速度為12mm/h,晶體的轉(zhuǎn)動(dòng)速度為510rpm,晶體生長(zhǎng)結(jié)束，晶體提脫后，以204(TC/h的速率降溫，當(dāng)降溫至9501000TC時(shí)，通過(guò)調(diào)整加熱功率，快速跳過(guò)相變點(diǎn)溫度或者加快降溫速率，以4060T/h的降溫速率來(lái)避開相變點(diǎn)溫度9251C,然后將生長(zhǎng)的鈮酸銬單晶體置于馬福爐中，用10小時(shí)加熱到1300"C,保溫50小時(shí)，然后以6(TC/h的速度降至室溫。所述的鈮酸鈣晶體原料的燒結(jié)過(guò)程是按選定的摩爾比分別稱取原料，放入研缽中棍和均勻并仔細(xì)研磨，用有機(jī)玻璃模具在液壓機(jī)上壓成料塊，然后把料塊裝入氧化鋁坩鍋中，放入馬福爐中用io小時(shí)升溫至uoot:,恒溫10個(gè)小時(shí)后再用10個(gè)小時(shí)降溫至室溫，從氧化鋁坩鍋中取出，即為所述的CaM)20s晶體原料塊。利用本發(fā)明方法生長(zhǎng)得到質(zhì)量較好的單晶體，晶體重80g,尺寸達(dá)必25x45mm3。將鈮酸銬晶體切割成片，光學(xué)拋光后，在室溫下采用JascoV-570UV/VIS/NIR分光光度計(jì)測(cè)試透過(guò)光譜。圖1為鈮酸輝晶體的透過(guò)率光譜，鈮酸輝晶體具有高達(dá)80%的透過(guò)率。本發(fā)明采用提拉法生長(zhǎng)出的鈮酸鈣晶體質(zhì)量?jī)?yōu)良。通過(guò)X-射線單晶結(jié)構(gòu)測(cè)定，鈮酸轉(zhuǎn)晶體屬于正交晶系，空間群為Pbcn，晶胞參數(shù)為a=14.96lA，b=5.740A,c=5.217A,a=g=Y=WTC,屬于AB206型化合物中的鈮鐵礦結(jié)構(gòu)，其中Ca和Nb的配位數(shù)均為6。該結(jié)構(gòu)可視為板鈦礦型結(jié)構(gòu)的超結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)中氧為四層堆積，Nb占據(jù)板鈦礦結(jié)構(gòu)中Ti的位置，形成[CaOd八面體和[Nb06]八面體；在〃c軸方向上形成鋸齒狀的八面體鏈，鏈與鏈相聯(lián)形成〃(100)的八面體鋸齒狀鏈層在〃a軸方向上[Ca06]八面體鋸齒狀鏈層與[Nb06八面體鋸齒狀鏈層以1:2的比例相間排列。鈮酸齊晶體結(jié)構(gòu)趨向無(wú)序，類似玻璃的連續(xù)無(wú)序網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。摻有稀土離子的鈮酸輝晶體的生長(zhǎng)方法與本發(fā)明的方法基本相同，不同之處在于原料中摻有少量的稀土離子，摻有稀土離子的鈮酸f!晶體的吸收和發(fā)射帶寬很寬，可用做飛秒激光材料；摻有稀土離子的鈮酸f!晶體可用于全息照相技術(shù)；鈮酸拷晶體可用做藍(lán)光上轉(zhuǎn)換材料；摻有E^+和Tf+離子的鈮酸藥晶體可用做燈具。實(shí)驗(yàn)表明，本發(fā)明方法消除了在C^Nb206晶體中的色心，減少了CaNbi06晶體在晶體生長(zhǎng)后期發(fā)生相變開裂解理的幾率，獲得了晶體尺寸較大、光學(xué)質(zhì)量高、完整無(wú)開裂、物化性能較好、透過(guò)率達(dá)80%鈮酸輝單晶，是一種優(yōu)良的發(fā)光基質(zhì)晶體材料。附國(guó)說(shuō)明圖1是本發(fā)明方法生長(zhǎng)的鈮酸f!晶體的透過(guò)率光譜具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一歩說(shuō)明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。實(shí)施例l:本實(shí)施例鈮酸輝單晶體的生長(zhǎng)方法，包括下列步驟—種鈮酸鈣單晶體的生長(zhǎng)方法，其特征在于該方法包括下列步驟(DCaNbaOs晶體原料的制備初始原料采用高純的CaC03和NbzOs,兩原料的摩爾比為N^Os:CaC03=1.0213:按選定的摩爾比稱取原料，然后燒結(jié)成CaNb206晶體原料塊；②采用提拉法生長(zhǎng)鈮酸ff單晶采用提拉法生長(zhǎng)鈮酸拷單晶體，將原料塊裝入銥金坩堝，將銥坩堝和籽晶裝入提拉單晶爐內(nèi)，所述的籽晶是<001>方向的CiNb206晶棒，裝入單晶爐完后，單晶爐內(nèi)抽真空至1Pa,充入0.01MPa中性氣氛或還原性氣氛，在高于熔點(diǎn)5080C(161(TC16401C)時(shí)化料，恒溫12小時(shí)，在156(TC時(shí)進(jìn)行晶體生長(zhǎng)，晶體生長(zhǎng)速度為lmmA,晶體的轉(zhuǎn)動(dòng)速度為10rpm,晶體生長(zhǎng)結(jié)束，晶體提脫后，以2(TC/h的速率降溫，當(dāng)降溫至9501000"C時(shí)，通過(guò)調(diào)整加熱功率，快速跳過(guò)相變點(diǎn)溫度;或者加快降溫速率，以4060'C/h的降溫速率來(lái)避開相變點(diǎn)溫度925C然后將生長(zhǎng)的鈮酸銬單晶體置于馬福爐中，用10小時(shí)加熱到1300TC,保溫50小時(shí)，然后以60"C/h的速度降至室溫。最后得到的鈮酸鈣晶體無(wú)色透明、完整、不開裂。實(shí)施例2:該實(shí)施例與實(shí)施例l的不同在于:將CaC03f!Nb205高純?cè)习凑漳柋萳:1.0263稱量?；旌暇鶆蚝笤谝簤簷C(jī)上壓制成塊并燒結(jié)，把多晶原料裝入銥金坩堝內(nèi)。將該銥金鉗堝和籽晶裝入單晶爐，抽低真空在高純氮?dú)鈿夥罩胁捎锰崂ㄉL(zhǎng)晶體。生長(zhǎng)參數(shù)如表沖實(shí)施例2所示，降溫至鄰01C時(shí)，通過(guò)調(diào)整加熱功率，快速跳過(guò)相變點(diǎn)。取出晶體后，在馬福爐中用10小時(shí)加熱到13001C,保溫50小時(shí)，然后以60"A的速度降至室溫。最后取出的鈮酸ff晶體無(wú)色透明、完整、不開裂。實(shí)施例3:一種鈮酸輝單晶體的生長(zhǎng)方法，其特征在于該方法包括下列歩驟-(DCaNb206晶體原料的制備-按照摩爾比l:1.0313稱量CaC03和Nb20s,混合均勻后在液壓機(jī)上壓制成塊然后燒結(jié)成CaNb206晶體原料塊；②采用提拉法生長(zhǎng)鈮酸鈣單晶采用提拉法生長(zhǎng)鈮酸銬單晶體，將原料塊裝入銥金鉗堝，將銥鉗堝和籽晶裝入提拉單晶爐內(nèi)，所述的籽晶是<001>方向的CaNb206晶棒，裝入單晶爐完后，單晶爐內(nèi)抽真空至5Pa,充入0.03MPa中性氣氛或還原性氣氛，在高于熔點(diǎn)50柳t:(1610TC164(TC)時(shí)化料，恒溫12小時(shí)，在156(TC時(shí)進(jìn)行晶體生長(zhǎng)，晶體生長(zhǎng)速度為1.5mm/h，晶體的轉(zhuǎn)動(dòng)速度為8rpm，晶體生長(zhǎng)結(jié)束，晶體提脫后，充0.003MPa氧氣，以20"/h的速率降溫，當(dāng)降溫至95010001C時(shí)，通過(guò)調(diào)整加熱功率，快速跳過(guò)相變點(diǎn)溫度；或者加快降溫速率，以40t^的降溫速率來(lái)避開相變點(diǎn)溫度最后取出的鈮酸輝晶體無(wú)色透明、完整、不開裂。實(shí)施例4:該實(shí)施例與實(shí)施例3基本相同，將CaC03和Nb20s高純?cè)习凑漳柋萳:1.0413稱量。混合均勻后在液壓機(jī)上壓制成塊并燒結(jié)，把多晶原料裝入銥金坩堝內(nèi)，將該銥金鉗堝和籽晶裝入單晶爐，在高純氮?dú)鈿夥罩胁捎锰崂ㄉL(zhǎng)晶體。生長(zhǎng)參數(shù)如表沖實(shí)施例4所示，最后取出的鈮酸齊晶體無(wú)色透明、完整、不開裂。實(shí)施例5:該實(shí)施例與實(shí)施例3基本相同，將CaC03和Nb20s高純?cè)习凑誰(shuí):1.0513稱量?；旌暇鶆蚝笤谝簤簷C(jī)上壓制成塊，把多晶原料裝入銥金坩堝內(nèi)，將該銥金坩堝和籽晶裝入單晶爐，在高純氮?dú)鈿夥罩胁捎锰崂ㄉL(zhǎng)晶體。生長(zhǎng)參數(shù)如表1中實(shí)施例5所示，最后取出的鈮酸鈣晶體無(wú)色透明、完整、不開裂。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>權(quán)利要求1、一種鈮酸鈣單晶體的生長(zhǎng)方法，其特征在于該方法包括下列步驟①CaNb2O6晶體原料的制備初始原料采用高純的CaCO3和Nb2O5，兩原料的摩爾比為Nb2O5∶CaCO3＝1.0213～1.0513；按選定的摩爾比稱取原料，然后燒結(jié)成CaNb2O6晶體原料塊；②采用提拉法生長(zhǎng)鈮酸鈣單晶采用提拉法生長(zhǎng)鈮酸鈣單晶體，將原料塊裝入銥金坩堝，將銥坩堝和籽晶裝入提拉單晶爐內(nèi)，所述的籽晶是&lt;001&gt;方向的CaNb2O6晶棒，裝入單晶爐完后，單晶爐內(nèi)抽真空至1～10Pa，充入0.01～0.03MPa中性氣氛或還原性氣氛，在高于熔點(diǎn)50～80℃時(shí)化料，恒溫1～2小時(shí)，在1560℃時(shí)進(jìn)行晶體生長(zhǎng)，晶體生長(zhǎng)速度為1～2mm/h，晶體的轉(zhuǎn)動(dòng)速度為5～10rpm，晶體生長(zhǎng)結(jié)束，晶體提脫后，以20～40℃/h的速率降溫，當(dāng)降溫至950～1000℃時(shí)，通過(guò)調(diào)整加熱功率，快速跳過(guò)相變點(diǎn)溫度；或者加快降溫速率，以40～60℃/h的降溫速率來(lái)避開相變點(diǎn)溫度925℃，然后將生長(zhǎng)的鈮酸鈣單晶體置于馬福爐中，用10小時(shí)加熱到1300℃，保溫50小時(shí)，然后以60℃/h的速度降至室溫。2、一種鈮酸鈣單晶體的生長(zhǎng)方法，其特征在于該方法包括下列歩驟-(DCaNb206晶體原料的制備初始原料采用高純的CaC03和Nb2Os,兩原料的摩爾比為Mj2Os:CaC03=1.02131.0513:按選定的摩爾比稱取原料，然后燒結(jié)成CaNb206晶體原料塊；②采用提拉法生長(zhǎng)鈮酸轉(zhuǎn)單晶采用提拉法生長(zhǎng)鈮酸f!單晶體，將原料塊裝入銥金坩堝，將銥坩堝和籽晶裝入提拉單晶爐內(nèi)，所述的籽晶是<001>方向的CaNb206晶棒，裝入單晶爐完后，單晶爐內(nèi)抽真空至110Pa，充入0.010.03MPa中性氣氛或還原性氣氛，在高于熔點(diǎn)508(TC時(shí)化料，恒溫12小時(shí)，在156(TC時(shí)進(jìn)行晶體生長(zhǎng)，晶體生長(zhǎng)速度為l2mm/h，晶體的轉(zhuǎn)動(dòng)速度為510rpm,晶體生長(zhǎng)結(jié)束，晶體提脫后，充0.0010.003MPa氧氣或空氣，以204(TC/h的速率降溫，當(dāng)降溫至9501000"時(shí)，通過(guò)調(diào)整加熱功率，快速跳過(guò)相變點(diǎn)溫度或者加快降溫速率，以40601C/h的降溫速率來(lái)避開相變點(diǎn)溫度925'C。3、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鈮酸與單晶體的生長(zhǎng)方法，其特征在于所述的鈮酸鈣晶體原料的燒結(jié)過(guò)程是按選定的摩爾比分別稱取原料，放入研缽中混和均勻并仔細(xì)研磨，用有機(jī)玻璃模具在液壓機(jī)上壓成料塊，然后把料塊裝入氧化鋁坩鍋中，放入馬福爐中用io小時(shí)升溫至1100C，恒溫10個(gè)小時(shí)后再用10個(gè)小時(shí)降溫至室溫，從氧化鋁塒鍋中取出，即為所述的CaNb206晶體原料塊。全文摘要一種鈮酸鈣單晶體的生長(zhǎng)方法，包括下列步驟①CaNb₂O₆晶體原料的制備，初始原料采用高純的CaCO₃和Nb₂O₅，按選定的摩爾比為Nb₂O₅∶CaCO₃＝1.0213～1.0513稱取原料，然后燒結(jié)成CaNb₂O₆晶體原料塊；②采用提拉法生長(zhǎng)鈮酸鈣單晶，晶體生長(zhǎng)提脫后，實(shí)行避開相變點(diǎn)的降溫和有氧退火。本發(fā)明方法消除了在CaNb₂O₆晶體中的色心；減少了CaNb₂O₆晶體在晶體生長(zhǎng)后期發(fā)生相變開裂解理的幾率，獲得了晶體尺寸較大、光學(xué)質(zhì)量高、完整無(wú)開裂、物化性能較好、透過(guò)率達(dá)80％鈮酸鈣單晶。文檔編號(hào)C30B29/10GK101298695SQ20081003261公開日2008年11月5日申請(qǐng)日期2008年1月14日優(yōu)先權(quán)日2008年1月14日發(fā)明者鋒吳,罡姚,軍徐,徐曉東,艷程申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所