專(zhuān)利名稱(chēng)：利用改進(jìn)的礦化劑生長(zhǎng)ktp單晶的方法及其產(chǎn)品的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于非線(xiàn)性光學(xué)晶體材料及其制備領(lǐng)域目前世界上僅有美國(guó)Airtron實(shí)驗(yàn)室用水熱法生長(zhǎng)出了可供實(shí)用的非線(xiàn)性光學(xué)晶體磷酸鈦氧鉀(KTiOPO4，以下簡(jiǎn)稱(chēng)KTP晶體)。由于他們采用的生長(zhǎng)溫度為600℃左右，壓力為1800大氣壓，這樣的生長(zhǎng)條件對(duì)水熱法來(lái)說(shuō)是相當(dāng)苛刻的，一般生長(zhǎng)晶體所用的水熱裝置難以承受。該實(shí)驗(yàn)室是用高溫合金特制成一種生長(zhǎng)裝置的，而這種高溫合金價(jià)格昂貴，在美國(guó)列為禁運(yùn)出口的材料，而且加工困難，容量也受限制。因此不利于推廣生產(chǎn)和降低成本。Bell實(shí)驗(yàn)室雖然用K2HPO4+KPO3作為礦化劑而降低了生長(zhǎng)KTP的溫度與壓力，但他們所得的晶體一般質(zhì)量不高，生長(zhǎng)率和尺寸不大。特別要指出的是，上述兩家實(shí)驗(yàn)室研制的KTP晶體都帶有淺黃綠色。
參考文獻(xiàn)(1)AirForceContractNo.F33615-78-(-1523)(2)V、S、Pat.No.4，654，111本發(fā)明的目的在于克服上述的缺點(diǎn)，提供一種采用改進(jìn)的礦化劑能夠在中溫中壓的水熱條件下生長(zhǎng)KTP單晶的方法，從而可降低對(duì)設(shè)備的要求，可在一般合金鋼甚或低碳鋼容器能承受的較低溫度與壓力下，用水熱法生長(zhǎng)出無(wú)色透明的優(yōu)質(zhì)大尺寸KTP單晶。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)和步驟來(lái)實(shí)現(xiàn)的水熱法生長(zhǎng)晶體首先是必須在水熱生長(zhǎng)裝置里進(jìn)行。生長(zhǎng)裝置是由加熱爐、高壓釜和精密控溫系統(tǒng)組成的，其中高壓釜是關(guān)鍵部分，其材料為普通合金鋼，也可用低碳鋼制造。為了便于封裝與開(kāi)啟，并以貴金屬襯里防止侵蝕釜壁，高壓釜選用了冷錐座封閉型的密封結(jié)構(gòu)。特別要指出的是，采用襯里時(shí)不存在襯囊所具有的各種缺點(diǎn)，例如必須調(diào)節(jié)囊內(nèi)外的壓力平衡，不易控制溶解區(qū)與生長(zhǎng)區(qū)的溫差以及加工操作麻煩，不能重復(fù)使用等。
第二，KTP晶料的制備KTP晶料是用降溫熔鹽法通過(guò)自發(fā)結(jié)晶過(guò)程制備的。合成KTP的反應(yīng)式為
所用的高溫溶劑是由過(guò)量的KH2PO4和一定比例的K2HPO4加熱合成混合物KnPn-2O3n-5，其中n＝4-8。把與溶液計(jì)算濃度當(dāng)量的TiO2，KH2PO4和K2HPO4混合物分批裝入鉑金坩堝內(nèi)，置500℃～700℃加熱脫水。然后繼續(xù)加熱至1050℃，緩慢冷卻到室溫，其降溫速率為2℃-20℃/小時(shí)。再用熱水沖洗去多磷酸鉀溶劑和部分粉狀KTP即獲純KTP晶料。
第三，配制礦化劑水溶液水熱法中應(yīng)用的礦化劑又名助溶劑，其主要作用是在水熱溶液中與結(jié)晶物質(zhì)形成結(jié)構(gòu)松散的可溶性絡(luò)合物，以提高結(jié)晶物質(zhì)在水中的溶解度，滿(mǎn)足晶體從水熱溶液中生長(zhǎng)的要求。選擇礦化劑的標(biāo)準(zhǔn)有如下幾條(1)結(jié)晶物質(zhì)在其水溶液中要有足夠大的水熱溶解度和溶解度溫度系數(shù)，以便達(dá)到有實(shí)際意義的生長(zhǎng)率。
(2)在這樣的水熱體系中，結(jié)晶物質(zhì)是唯一的穩(wěn)定固相;從而不會(huì)影響體系的物相關(guān)系。
(3)其水溶液的粘度小，有利于晶體溶質(zhì)與礦化劑形成的生長(zhǎng)基元進(jìn)行輸運(yùn)擴(kuò)散和脫溶劑化過(guò)程。
(4)容易得到價(jià)格低、純度高的產(chǎn)品。
(5)毒性低，不容易腐蝕容器內(nèi)壁或襯里。我們所用的礦化劑溶液為KF+H2O2的水溶液，KF的濃度為1-3m，H2O2的濃度為1-5wt%。本發(fā)明所提供的這種礦化劑基本具備了以上各點(diǎn)要求。使用這種礦化劑的作用是可以在較前人為低的溫度(350-450℃)和壓力(700-1300kg/cm)范圍內(nèi)獲得足夠大的KTP溶解度及其溫度系數(shù)，滿(mǎn)足溫差法生長(zhǎng)KTP晶體的需要，并可在較大的用普通合金鋼或低碳鋼制釜中生長(zhǎng)品質(zhì)優(yōu)良的KTP大單晶。
本發(fā)明的工藝流程結(jié)合實(shí)施例加以說(shuō)明以∮內(nèi)28釜為例，稱(chēng)量TiO240g，KH2PO4160g，K2HPO4608，光譜純，配成KTP晶料60g。將KTP晶料60g裝在蓋有適宜開(kāi)孔率擋板(3)的鉑料斗[4]中作為培養(yǎng)料[5]、料斗[4]置于高壓釜腔[1]的底部，上部放入懸掛籽晶[6]的鉑金屬架[7]，高壓釜腔內(nèi)注入70%充滿(mǎn)度的礦化劑水溶液，然后用塞頭[8]加釜帽[9]密封。兩組帶狀加熱箍分別固定于釜體外壁相應(yīng)于溶解區(qū)(釜的下部)和生長(zhǎng)區(qū)(釜的上部)的位置上，并通過(guò)兩臺(tái)DWK-702精密溫度控制儀控制溫度。以每小時(shí)30℃-50℃的速率升溫至所需生長(zhǎng)溫度360℃-420℃，也就是生長(zhǎng)區(qū)的溫度和溶解溫度370℃-450℃，也就是溶解區(qū)的溫度，維持10-30℃的溫差成長(zhǎng)30-60天;然后以每小時(shí)0.5-20℃的速率降至室溫，這樣便能得到大尺寸為17×15×7mm的透明單晶體。
本發(fā)明所提供的改變礦化劑的組分及粘度來(lái)改進(jìn)水熱法生長(zhǎng)KTP單晶的方法，其優(yōu)點(diǎn)是可在國(guó)內(nèi)的裝置上用水熱法生長(zhǎng)出實(shí)用的大顆粒KTP單晶，并且該晶體無(wú)色透明，可用于非線(xiàn)性光學(xué)做激光倍頻、電光等方面。
權(quán)利要求
1.一種在高壓釜底裝有KTiOPO4晶體，高壓釜上部懸掛籽晶、其高壓釜中間有一適宜開(kāi)孔率的檔板，腔內(nèi)填充礦化劑溶液，釜腔上、下部的加熱器分別用控溫儀控溫，使溶解區(qū)與生長(zhǎng)區(qū)之間保持一定的溫差的水熱法生長(zhǎng)KTP單晶的方法，其特征在于所用的礦化劑為KF+H2O2水溶液，所述的中溫中壓是在生長(zhǎng)區(qū)溫度為360℃-420℃，溶解區(qū)溫度為370℃-450℃，生長(zhǎng)區(qū)與溶解區(qū)10-30℃的溫差生長(zhǎng)30-60天，然后以每小時(shí)0.5-20℃的速率降至室溫。
2.按照權(quán)利要求1所述利用改進(jìn)礦化劑的水熱法生長(zhǎng)KTP單晶的方法，其特征在于所用的礦化劑水溶液配比為1-3M的KF、1-5wt%的H2O2，水溶液充滿(mǎn)度為70%。
3.按照權(quán)利要求1所述的利用改進(jìn)礦化劑的水熱法生長(zhǎng)KTP單晶方法，其特征在于所用原料是光譜純、分析純的。
4.一種按上述各項(xiàng)權(quán)利要求所述的利用改進(jìn)礦化劑的水熱法生長(zhǎng)KTP單晶的方法所制備無(wú)色透明的大尺寸KTP單晶。
全文摘要
本發(fā)明屬于非線(xiàn)性光學(xué)晶體材料的制備方法領(lǐng)域。本發(fā)明著重提供一種改進(jìn)的礦化劑，把之中礦化劑應(yīng)用到水熱法中生長(zhǎng)KTP單晶，降低了水熱法生長(zhǎng)KTP單晶的溫度、壓力，從而有利于KTP晶體生長(zhǎng)，使之在國(guó)內(nèi)的設(shè)備上邊易獲得實(shí)用的大顆粒的無(wú)色、透明KTP單晶，其晶體尺寸達(dá)7×15×17mm
文檔編號(hào)C30B7/10GK1036414SQ8810886
公開(kāi)日1989年10月18日 申請(qǐng)日期1988年12月30日 優(yōu)先權(quán)日1988年12月30日
發(fā)明者賈壽泉, 牛宏達(dá) 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院物理研究所