一種鍺酸鉍單晶體的生長(zhǎng)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種鍺酸鉍單晶體的生長(zhǎng)方法，該方法以Bi2O3與GeO2為原料，在超聲振動(dòng)、恒溫的環(huán)境下進(jìn)行化合反應(yīng)，得到組分均一、熔融狀態(tài)的鍺酸鉍多晶料，然后采用布里奇曼晶體生長(zhǎng)法制備鍺酸鉍單晶體。本發(fā)明通過在生長(zhǎng)坩堝部分使用超聲波傳感技術(shù)一步法來實(shí)現(xiàn)生長(zhǎng)鍺酸鉍單晶體，該方法省去了傳統(tǒng)下降法生長(zhǎng)鍺酸鉍單晶體過程中利用鉑坩堝熔融合成多晶料的環(huán)節(jié)，簡(jiǎn)化了鍺酸鉍單晶體的生長(zhǎng)工藝，縮短了生產(chǎn)周期，且大大減少了貴金屬鉑的用量，從而降低了生產(chǎn)成本，同時(shí)，本發(fā)明生長(zhǎng)方法還避免了生產(chǎn)過程中外界雜質(zhì)元素的介入，進(jìn)一步提高了鍺酸鉍晶體的質(zhì)量。
【專利說明】一種鍺酸鉍單晶體的生長(zhǎng)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及晶體生長(zhǎng)領(lǐng)域，尤其涉及一種使用超聲波傳感技術(shù)生長(zhǎng)鍺酸鉍單晶體的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鍺酸鉍(Bi4Ge3O12, BG0)晶體是一種性能良好的多功能閃爍晶體，具有優(yōu)良的機(jī)械加工性能、不易潮解、較強(qiáng)的阻止射線能力和很高的閃爍效率等特點(diǎn)，是目前探Y(jié)射線效率最高的一種閃爍體，廣泛應(yīng)用于高能物理、核物理、空間物理、核醫(yī)學(xué)、地質(zhì)探察等工業(yè)領(lǐng)域。
[0003]傳統(tǒng)技術(shù)中，鍺酸鉍單晶體由原料Bi2O3與GeO2直接混合加熱到熔點(diǎn)以上溫度進(jìn)行反應(yīng)制備得到，由于Bi2O3與GeO2并不是一致熔融體，且兩者的密度相差較大，具體Bi2O3的密度為8.9g/cm3，Ge0d^密度為4.8 g/cm3，直接混合加熱很容易產(chǎn)生分層現(xiàn)象，所得熔體的下部分偏Bi，上部分偏Ge，嚴(yán)重影響晶體的性能。
[0004]目前，工業(yè)上通常使用坩堝下降法來生長(zhǎng)鍺酸鉍單晶體，該方法具體為:先將混合均勻的Bi2O3與GeO2在較厚的鉬坩堝內(nèi)進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的預(yù)燒結(jié)，高溫熔融后澆鑄至鉬模具內(nèi)急冷，得到鍺酸鉍多晶料，然后將鍺酸鉍多晶料裝入專門長(zhǎng)晶的鉬坩堝內(nèi)進(jìn)行單晶生長(zhǎng)，從而得到鍺酸鉍單晶體。然而該方法過程較為繁瑣，且在燒結(jié)和澆鑄的過程中容易帶入雜質(zhì)，從而影響鍺酸鉍單晶體的性能；此外，該方法的制備過程中需要用到大量的貴金屬鉬，其生產(chǎn)成本高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提出`一種鍺酸鉍單晶體的生長(zhǎng)方法，該方法簡(jiǎn)化了鍺酸鉍單晶體生長(zhǎng)工藝，縮短了整個(gè)生產(chǎn)周期，減少了貴金屬鉬的用量，同時(shí)提高了鍺酸鉍單晶體的質(zhì)量。
[0006]為了解決現(xiàn)有技術(shù)問題，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
一種鍺酸鉍單晶體的生長(zhǎng)方法，該方法以Bi2O3與GeO2原料，在超聲振動(dòng)、恒溫環(huán)境中進(jìn)行化合反應(yīng)，其中，超聲振動(dòng)時(shí)波聲波的頻率為10-?5ΚΗζ，采用布里奇曼晶體生長(zhǎng)法生長(zhǎng)，得到鍺酸鉍單晶體。
[0007]本發(fā)明鍺酸鉍單晶體的生長(zhǎng)方法包括以下步驟:
1)將原料Bi2O3與GeO2按摩爾比(1.5^2.2): 3混合均勻并置于帶有籽晶的鉬坩堝內(nèi)，將鉬坩堝置于引下坩堝內(nèi)；其中，引下坩堝與鉬坩堝之間的空隙用燒結(jié)過后的氧化鋁粉填充；
2)將鉬坩堝密封后置于布里奇曼晶體生長(zhǎng)爐內(nèi)，加熱升溫至118(T132(TC，升溫的速率控制在48飛(TC /h之間，然后開啟超聲波傳感裝置，在超聲振動(dòng)、恒溫的環(huán)境中進(jìn)行化合反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為12~24h，得到組分均一、熔融狀態(tài)的鍺酸鉍多晶料；其中，超聲振動(dòng)時(shí)波聲波的頻率為10-?5ΚΗζ ；3)使引下坩堝以0.5^0.65cm/h的速率下降，同時(shí)對(duì)布里奇曼晶體生長(zhǎng)爐進(jìn)行二次升溫，鉬坩堝內(nèi)開始生長(zhǎng)鍺酸鉍單晶體；其中，升溫速率為ο.r0.6°c /h,溫度升至137(Tl440°C時(shí)停止加熱；
4)待鍺酸鉍多晶料全部結(jié)晶后，冷卻降溫，得到鍺酸鉍單晶體。
[0008]本發(fā)明通過在生長(zhǎng)坩堝部分使用超聲波傳感技術(shù)一步法來實(shí)現(xiàn)生長(zhǎng)鍺酸鉍單晶體，該方法省去了傳統(tǒng)下降法生長(zhǎng)鍺酸鉍單晶體過程中利用鉬坩堝熔融合成多晶料的環(huán)節(jié)，簡(jiǎn)化了鍺酸鉍單晶體的生長(zhǎng)工藝，縮短了整個(gè)生產(chǎn)周期，且大大減少了貴金屬鉬的用量，從而降低了生產(chǎn)成本，同時(shí)，本發(fā)明生長(zhǎng)方法還避免了生產(chǎn)過程中外界雜質(zhì)元素的介入，提聞了錯(cuò)酸秘晶體的質(zhì)量。
【具體實(shí)施方式】
[0009]本發(fā)明揭示了一種鍺酸鉍單晶體的生長(zhǎng)方法，該方法以Bi2O3與GeO2原料，在超聲振動(dòng)、恒溫環(huán)境中進(jìn)行化合反應(yīng)，其中，超聲振動(dòng)時(shí)波聲波的頻率為10-?5ΚΗζ，采用布里奇曼晶體生長(zhǎng)法生長(zhǎng)，得到鍺酸鉍單晶體。該方法包括以下步驟:
1)將原料Bi2O3與GeO2按摩爾比(1.5^2.2): 3混合均勻并置于帶有籽晶的鉬坩堝內(nèi)，鉬坩堝中籽晶的個(gè)數(shù)沒有限定，可以根據(jù)需要選擇不同個(gè)數(shù)的籽晶鉬坩堝，然后將鉬坩堝置于引下坩堝內(nèi)；所述引下坩堝為下降生長(zhǎng)法中通過坩堝的下降來生長(zhǎng)晶體過程中控制下降的坩堝，引下坩堝為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的技術(shù)，優(yōu)選鋁坩堝，本發(fā)明是通過引下坩堝的下降而帶動(dòng)鉬坩堝，高溫 的鍺酸鉍多晶料在下降過程中，其下降部分溫度也隨著慢慢下降，最終結(jié)晶成單晶體；此外，引下坩堝與鉬坩堝之間的空隙用燒結(jié)過后的氧化鋁粉填充；
2)將密封后的鉬坩堝置于布里奇曼晶體生長(zhǎng)爐內(nèi)，加熱升溫至118(T132(TC，升溫的速率為48飛(TC /h，然后開啟超聲波傳感裝置，在超聲振動(dòng)、恒溫的環(huán)境中進(jìn)行化合反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為12~24h，得到組分均一、熔融狀態(tài)的鍺酸鉍多晶料；其中，所述超聲振動(dòng)由超聲傳感裝置發(fā)出，超聲傳感技術(shù)為現(xiàn)有技術(shù)，可由市場(chǎng)購(gòu)買得到，如超聲波傳感探頭等，超聲振動(dòng)時(shí)波聲波的頻率為10-?5ΚΗζ。在超聲振動(dòng)環(huán)境下形成的熔融體Bi和Ge的分布均勻，組分均一，熔融體不易發(fā)生分層現(xiàn)象，可提高所得鍺酸鉍單晶體的性能，從而提高產(chǎn)品的質(zhì)量。
[0010]3)關(guān)閉超聲波傳感裝置后，將引下坩堝以0.5、.65cm/h的速率下降，同時(shí)對(duì)布里奇曼晶體生長(zhǎng)爐進(jìn)行二次升溫，鉬坩堝內(nèi)開始生長(zhǎng)鍺酸鉍單晶體；其中，升溫速率為
0.4~0.6V /h，溫度升至137(Tl440°C時(shí)停止加熱；
4)待鍺酸鉍多晶料全部結(jié)晶后，冷卻降溫，得到鍺酸鉍單晶體。
[0011]本發(fā)明中原料Bi2O3與GeO2在高溫條件下形成熔融態(tài)，超聲振動(dòng)可以使熔融態(tài)的Bi2O3與GeO2更好的進(jìn)行化合反應(yīng)，最終得到組分均一、熔融狀態(tài)的鍺酸鉍多晶料，然后采用布里奇曼晶體生長(zhǎng)法生長(zhǎng)鍺酸鉍單晶體，在生長(zhǎng)過程中，同時(shí)對(duì)布里奇曼晶體生長(zhǎng)爐進(jìn)行二次升溫，該二次升溫有助于鍺酸鉍多晶料的結(jié)晶，從而得到質(zhì)量良好的鍺酸鉍單晶體。
[0012]為了本領(lǐng)域技術(shù)人員的理解，以下通過具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。
[0013]實(shí)施例1
一種鍺酸鉍單晶體的生長(zhǎng)方法，該方法包括以下步驟:I)將Bi2O3與GeO2按摩爾比1.5:3混合均勻，原料總質(zhì)量為15Kg，然后置于帶有6個(gè)籽晶的鉬坩堝內(nèi)，將鉬坩堝置于引下坩堝內(nèi)；其中，引下坩堝與鉬坩堝之間的空隙用燒結(jié)過后的氧化鋁粉填充；2)將6個(gè)超聲波傳感裝置分別裝于鉬坩堝頂部，然后密封鉬坩堝；將密封后的鉬坩堝置于布里奇曼晶體生長(zhǎng)爐內(nèi)，加熱升溫至1180°C，升溫的速率為48°C /h，然后開啟超聲波傳感裝置，控制超聲波頻率為ΙΟΚΗζ，在超聲振動(dòng)、恒溫的環(huán)境中進(jìn)行化合反應(yīng)，反應(yīng)12h，得到組分均一、熔融狀態(tài)的鍺酸鉍多晶料；3)關(guān)閉超聲波傳感裝置后，使引下坩堝以0.5mm/h的速率下降，同時(shí)對(duì)布里奇曼晶體生長(zhǎng)爐進(jìn)行二次升溫，鉬坩堝內(nèi)開始生長(zhǎng)鍺酸鉍單晶體；其中，升溫速率為0.4°C/h，溫度升至1370°C時(shí)，共計(jì)運(yùn)行下降了 475h，停止加熱，同時(shí)關(guān)閉布里奇曼晶體生長(zhǎng)爐的電源；4)冷卻降溫，得到鍺酸鉍單晶體。
[0014]實(shí)施例2
一種鍺酸鉍單晶體的生長(zhǎng)方法，該方法包括以下步驟:1)將Bi2O3與GeO2按摩爾比2:3混合均勻，原料總質(zhì)量為25Kg，然后置于帶有7個(gè)籽晶的鉬坩堝內(nèi)，將鉬坩堝置于引下坩堝內(nèi)；其中，引下坩堝與鉬坩堝之間的空隙用燒結(jié)過后的氧化鋁粉填充；2)將7個(gè)超聲波傳感裝置分別裝于鉬坩堝頂部，然后密封鉬坩堝；將密封后的鉬坩堝置于布里奇曼晶體生長(zhǎng)爐內(nèi)，加熱升溫至1240°C，升溫的速率控制在55°C/h之間，然后開啟超聲波傳感裝置，控制超聲波頻率為ΙΟΚΗζ，在超聲振動(dòng)、恒溫的環(huán)境中進(jìn)行化合反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為18h，得到組分均一、熔融狀態(tài)的鍺酸鉍多晶料；3)關(guān)閉超聲波傳感裝置后，使引下坩堝以0.65mm/h的速率下降，同時(shí)對(duì)布里奇曼晶體生長(zhǎng)爐進(jìn)行二次升溫，鉬坩堝內(nèi)開始生長(zhǎng)鍺酸鉍單晶體；其中，升溫速率為0.5°C /h，溫度升至1390°C時(shí)，共計(jì)運(yùn)行下降了 300h，停止加熱，同時(shí)關(guān)閉布里奇曼晶體生長(zhǎng)爐的電源；4)冷卻降溫，得到鍺酸鉍單晶體。
[0015]實(shí)施例3
一種鍺酸鉍單晶體的生長(zhǎng)方法，該方法包括以下步驟:` I)將Bi2O3與GeO2按摩爾比2.2:3混合均勻，原料總質(zhì)量為56Kg，然后置于帶有8個(gè)籽晶的鉬坩堝內(nèi)，將鉬坩堝置于引下坩堝內(nèi)；其中，引下坩堝與鉬坩堝之間的空隙用燒結(jié)過后的氧化鋁粉填充；2)將8個(gè)超聲波傳感裝置分別裝于鉬坩堝頂部，然后密封鉬坩堝；將密封后的鉬坩堝置于布里奇曼晶體生長(zhǎng)爐內(nèi)，加熱升溫至1320°C，升溫的速率為60°C /h，然后開啟超聲波傳感裝置，控制超聲波頻率為ΙΟΚΗζ，在超聲振動(dòng)、恒溫的環(huán)境中進(jìn)行化合反應(yīng)，反應(yīng)24h，得到組分均一、熔融狀態(tài)的鍺酸鉍多晶料；3)關(guān)閉超聲波傳感裝置后，使引下坩堝以0.55mm/h的速率下降，同時(shí)對(duì)布里奇曼晶體生長(zhǎng)爐進(jìn)行二次升溫，鉬坩堝內(nèi)開始生長(zhǎng)鍺酸鉍單晶體；其中，升溫速率為0.6°C/h，溫度升至1440°C時(shí)，共計(jì)運(yùn)行下降了 300h，停止加熱，同時(shí)關(guān)閉布里奇曼晶體生長(zhǎng)爐的電源；4)冷卻降溫，得到鍺酸鉍單晶體。
[0016]根據(jù)以上說明書中的闡述，本發(fā)明所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員還可以對(duì)上述實(shí)施方式進(jìn)行適當(dāng)?shù)淖兏托薷摹Ｒ虼?，上述?shí)施例中提到的內(nèi)容并非是對(duì)本發(fā)明的限定，在不脫離本發(fā)明的發(fā)明構(gòu)思的前提下，任何顯而易見的替換均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種鍺酸秘單晶體的生長(zhǎng)方法，該方法以Bi2O3與GeO2原料,在超聲振動(dòng)、恒溫環(huán)境中進(jìn)行化合反應(yīng)，采用布里奇曼晶體生長(zhǎng)法生長(zhǎng)，得到鍺酸鉍單晶體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鍺酸鉍單晶體的生長(zhǎng)方法，其特征在于:該方法包括以下步驟: 1)將原料Bi2O3與GeO2混合均勻并置于鉬坩堝內(nèi)，將鉬坩堝置于引下坩堝內(nèi)； 2)將鉬坩堝密封后置于布里奇曼晶體生長(zhǎng)爐內(nèi)，加熱升溫，在超聲振動(dòng)、恒溫的環(huán)境中進(jìn)行化合反應(yīng)，得到鍺酸鉍多晶料； 3)使引下坩堝下降，同時(shí)對(duì)布里奇曼晶體生長(zhǎng)爐進(jìn)行二次升溫，鉬坩堝內(nèi)開始生長(zhǎng)鍺酸鉍單晶體； 4)待鍺酸鉍多晶料全部結(jié)晶后，冷卻降溫，得到鍺酸鉍單晶體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鍺酸鉍單晶體的生長(zhǎng)方法，其特征在于:所述超聲振動(dòng)時(shí)波聲波的頻率為10-?5ΚΗζ。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鍺酸鉍單晶體的生長(zhǎng)方法，其特征在于:步驟I)中所述的原料Bi2O3與GeO2按摩爾比(1.5~2.2):3進(jìn)行混合。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鍺酸鉍單晶體的生長(zhǎng)方法，其特征在于:步驟3)中的化合反應(yīng)溫度為118(Tl320°C，反應(yīng)時(shí)間為12~24h，加熱升溫過程中的升溫速率為0.4^0.6V /h。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鍺酸鉍單晶體的生長(zhǎng)方法，其特征在于:步驟4)中所述的引下坩堝的下降速率為0.5^0.65mm/h。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的鍺酸`鉍單晶體的生長(zhǎng)方法，其特征在于:步驟4)中二次升溫至137(Tl440°C，升溫的速率為0`.4~0.6V /h。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的鍺酸鉍單晶體的生長(zhǎng)方法，其特征在于:所述引下坩堝與鉬坩堝之間的空隙用燒結(jié)過后的氧化鋁粉填充。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的鍺酸鉍單晶體的生長(zhǎng)方法，其特征在于:所述鉬坩堝為帶有籽晶的鉬坩堝。
【文檔編號(hào)】C30B29/32GK103695994SQ201310688548
【公開日】2014年4月2日 申請(qǐng)日期:2013年12月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月17日
【發(fā)明者】胡智向, 朱劉, 文崇斌, 羅濤 申請(qǐng)人:清遠(yuǎn)先導(dǎo)材料有限公司