專利名稱：鉬酸鉛單晶的坩堝下降法生長工藝的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明屬于單晶生長技術(shù)領域。鉬酸鉛(PbMoO4，簡稱PMO)單晶是一種優(yōu)良的聲光介質(zhì)材料，它具有高聲光品質(zhì)因數(shù)、低聲損耗和良好的聲阻抗匹配，可用于制作調(diào)制器、偏轉(zhuǎn)器和濾波器等聲光器件，并廣泛應用于激光顯示、印刷、打印和傳真等技術(shù)領域。采用本發(fā)明技術(shù)可制備滿足聲光器件制作所需要的優(yōu)質(zhì)大尺寸鉬酸鉛單晶材料。
背景技術(shù)：
迄今國內(nèi)外均采用提拉法進行鉬酸鉛單晶的生長，該方法采用高頻或電阻加熱的提拉法單晶爐，將盛裝于鉑坩堝的鉬酸鉛原料熔化后，主要運用旋轉(zhuǎn)提拉方法，經(jīng)過下種、放肩、等徑、收尾等操作環(huán)節(jié)而生長出鉬酸鉛單晶。在提拉法生長過程中，由于熔體中PbO和MoO3存在程度不同的揮發(fā)，導致熔體成分逐漸偏離化學計量比，不利于優(yōu)質(zhì)晶體的生長，特別是較嚴重的PbO揮發(fā)會造成環(huán)境污染，引起操作人員慢性鉛中毒。迄今國內(nèi)外尚無鉬酸鉛單晶的坩堝下降法生長技術(shù)的研究報道，本發(fā)明提供了鉬酸鉛單晶的坩堝下降法生長新工藝，該工藝避免了鉬酸鉛晶體生長固有的熔體揮發(fā)，能夠批量生長各種形狀和尺寸的鉬酸鉛單晶，并具有設備簡單、操作方便的優(yōu)點。

發(fā)明內(nèi)容
按照PbO∶MoO3＝1∶1的摩爾比配料，采用壁厚0.1～0.3毫米的鉑坩堝盛裝籽晶和原料，將坩堝密封后置于晶體生長爐中，爐溫控制于1120～1200℃，調(diào)節(jié)坩堝位置使原料和籽晶頂部熔化，形成溫度梯度為20～40℃/厘米的穩(wěn)定固液界面，然后以小于1毫米/小時的速率進行坩堝下降生長，所生長晶體再經(jīng)800℃下退火處理，即可獲得優(yōu)質(zhì)完整鉬酸鉛單晶。


本發(fā)明所用坩堝下降法晶體生長裝置如說明書附圖所示。該系統(tǒng)由生長爐、溫度控制儀、測溫元件和機械下降裝置等部分組成。該生長爐的爐膛分為高溫區(qū)、過渡區(qū)和低溫區(qū)，高溫區(qū)采用硅鉬棒加熱，低溫區(qū)利用余熱來調(diào)節(jié)，并有隔熱擋板使上、下溫區(qū)分開，高、低溫區(qū)的溫度梯度均較小，其間過渡區(qū)域的溫度梯度較大。在晶體生長過程中，原料在高溫區(qū)熔化，晶體在低溫區(qū)保溫和自退火，固液界面則位于過渡區(qū)域。通過DWT-702精密溫控儀控制爐體溫度，采用Pt/Pt-10％Rh熱電偶為控、測溫元件，熱電偶的冷端均放置在冰壺中。為了實時測量晶體生長過程的溫度變化，將兩對測溫熱電偶安置于氧化鋁陶瓷管(Φ80mm)內(nèi)，上、下熱電偶相距100mm，該陶瓷管用來支撐鉑坩堝。機械下降裝置由絲桿、步進電機和諧波減速器組成，坩堝下降的速率由單板機程序控制。啟動機械下降裝置，坩堝以一定速率緩慢下降，晶體逐漸自下而上從熔體中析出。采用多坩堝晶體生長爐，單臺生長爐每次可獲得多根晶體。
具體實施例方式
(1)采用高純試劑PbO(99.99％)和MoO3(99.99％)為起始原料，按照PbO∶MoO3＝1∶1的摩爾比配料，將粉料在1050～1070℃下燒結(jié)處理1小時，從而獲得鉬酸鉛多晶料。
(2)選擇均勻完整的鉬酸鉛單晶作為籽晶，將其加工成圓柱或棱柱形狀，縱向長度為40～50mm，結(jié)晶學方向為[100]或
，欲生長晶體與籽晶的橫截面積之比小于5。
(3)先在高頻感應爐中熔煉金屬鉑，再將金屬鉑壓制成厚度約0.1～0.3毫米的鉑箔，按照欲生長晶體和籽晶的形狀、尺寸，應用點焊、火焊方法制作所需規(guī)格的鉑坩堝。
(4)先將籽晶安裝于坩堝下部，籽晶應與坩堝壁緊貼，再填裝原料于坩堝上部，最后焊封坩堝兩端，以避免鉬酸鉛熔體的揮發(fā)。
(5)將坩堝放入陶瓷管適當位置，使籽晶頂端與測溫熱電偶相齊，裝填氧化鋁粉于坩堝與陶瓷管的間隙，然后將陶瓷管放入爐膛，安置在機械下降裝置上。
(6)將爐溫升至控制溫度，并自動保溫于1120～1200℃，再將坩堝逐步上移，最后調(diào)節(jié)至適當高度，使坩堝上部原料和籽晶頂部熔化，(7)將坩堝在固定位置保溫4～5小時，以形成溫度梯度為20～40℃/厘米的穩(wěn)定固液界面，然后使坩堝以小于1毫米/小時的速度緩慢下降，鉬酸鉛晶體便逐漸從熔體中析出。
(8)晶體生長過程結(jié)束后，停止坩堝下降，以30～50℃/小時的速率降低爐溫至室溫，將晶體從坩堝中剝離，獲得鉬酸鉛單晶。
(9)為充分消除晶體內(nèi)部熱應力，需將晶體置于退火爐中進行熱處理。將退火爐以60℃/小時的速率升溫至800℃，保溫8～10小時，再以40℃/小時的速率冷卻到室溫。經(jīng)過退火處理的晶體方可進行器件加工。
跟已有的提拉法相比，本發(fā)明公布的鉬酸鉛單晶的坩堝下降法生長新工藝具有以下優(yōu)點(1)由于在坩堝密閉條件下進行晶體生長，避免了熔體中氧化鉛的揮發(fā)，避免了環(huán)境污染；(2)由于爐膛內(nèi)溫場穩(wěn)定，可有效減少晶體開裂現(xiàn)象，提高材料制備的成品率；(3)根據(jù)制作聲光器件的要求，采用不同形狀的坩堝可以生長圓柱、棱柱等各種形狀的晶體，可明顯提高后續(xù)器件制作的材料利用率；(4)本工藝所采用的主要設備坩堝下降爐具有造價較低、操作簡便的特點；(5)采用多管坩堝下降爐能夠一次生長多根晶體，從而高效率地實現(xiàn)晶體的批量生長。這些特點均可以有效地提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本，使本發(fā)明在鉬酸鉛單晶的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)方面獨具優(yōu)勢。
本發(fā)明的實施例列舉如下(1)采用壁厚0.16毫米的鉑箔加工成圓筒狀坩堝，其下部容積為Φ18×70mm3，上部容積為Φ40×220mm3，中間呈漏斗狀。將取向[100]、尺寸Φ17.5×40mm3的籽晶安裝于坩堝下部，再往籽晶上部填裝多晶料，然后焊封坩堝兩端。在晶體生長過程中，將晶體生長爐控制于1150℃，先調(diào)節(jié)坩堝至適當位置，使原料和籽晶頂部熔化，形成溫度梯度為25℃/厘米的穩(wěn)定固液界面，保溫4小時后，使坩堝以0.6毫米/小時的速度下降。晶體生長過程結(jié)束后，將爐溫以30～50℃/小時的速率降至室溫，即可獲得尺寸達Φ40×100mm3的優(yōu)質(zhì)完整鉬酸鉛單晶。
(2)制作尺寸35×35×260mm3、壁厚0.12毫米的棱柱狀坩堝，將取向
、尺寸34×34×50mm3的籽晶安裝于坩堝下部，再填裝多晶料，然后焊封坩堝兩端。將爐溫控制于1170℃，調(diào)節(jié)坩堝至適當位置，使原料和籽晶頂部熔化，固液界面的溫度梯度為30℃/厘米，保溫4小時后，使坩堝以0.7毫米/小時的速度下降。晶體生長過程結(jié)束后，將爐溫以30～50℃/小時的速率降至室溫，即可獲得尺寸達35×35×100mm3的優(yōu)質(zhì)完整鉬酸鉛單晶。
(3)按照實例1、2所述工藝條件，將[100]、
等不同取向的籽晶放入6只坩堝，能夠同時生長6支鉬酸鉛單晶。
權(quán)利要求
1.鉬酸鉛單晶的坩堝下降法生長工藝，其特征在于(1)鉑坩堝壁厚為0.1～0.3毫米；(2)通過密封鉑坩堝避免熔體揮發(fā)；(3)晶體生長爐的控制溫度為1120～1200℃；(4)坩堝中固液界面的溫度梯度為20～40℃/厘米；(5)坩堝下降速度小于1毫米/小時；(6)所生長單晶與籽晶的截面積之比小于5；
2.根據(jù)權(quán)利要求1的鉬酸鉛單晶生長工藝，其特征在于所生長單晶可以為圓柱、棱柱等形狀，且單臺生長爐每次可獲得2-20根單晶。
全文摘要
本發(fā)明公開了聲光晶體鉬酸鉛的坩堝下降法生長新工藝，該技術(shù)屬于單晶生長領域。按照PbO∶MoO
文檔編號C30B15/00GK1635194SQ20031010976
公開日2005年7月6日 申請日期2003年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月30日
發(fā)明者陳紅兵 申請人:寧波大學