铌酸钙单晶体的生长方法技术

一种铌酸钙单晶体的生长方法，包括下列步骤：①ＣａＮｂ↓［２］Ｏ↓［６］晶体原料的制备，初始原料采用高纯的ＣａＣＯ↓［３］和Ｎｂ↓［２］Ｏ↓［５］，按选定的摩尔比为Ｎｂ↓［２］Ｏ↓［５］∶ＣａＣＯ↓［３］＝１．０２１３～１．０５１３称取原料，然后烧结成ＣａＮｂ↓［２］Ｏ↓［６］晶体原料块；②采用提拉法生长铌酸钙单晶，晶体生长提脱后，实行避开相变点的降温和有氧退火。本发明专利技术方法消除了在ＣａＮｂ↓［２］Ｏ↓［６］晶体中的色心；减少了ＣａＮｂ↓［２］Ｏ↓［６］晶体在晶体生长后期发生相变开裂解理的几率，获得了晶体尺寸较大、光学质量高、完整无开裂、物化性能较好、透过率达８０％铌酸钙单晶。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及晶体生长领域，特别是涉及一种铌酸转(化学式为CaNb206)单晶 体的生长方法。
技术介绍
在人工晶体中，铌酸盐类晶体占有很重要的地位，几乎遍布功能晶体的各个应 用领域。铌酸盐类晶体主要有铌酸锶钡、铌酸铅、铌镁酸铅—钛酸铅、铌锌酸铅— 钛酸铅、铌酸锂、铌酸钙、铌酸钾锂、铌酸钡钠等等。其中铌酸锶钡晶体是一种重 要的热释电材料，广泛应用于红外探测技术。铌镁酸铅一钛酸铅和铌锌酸铅一钛酸 铅铁电驰豫晶体由于其优良的压电、铁电性能而令世人注目，广泛应用于电子、激 光、超声、水声、微声、红外、导航、生物等各个
铌酸锂(Li他ft,简称 LN)晶体具有优良的电光、热电、压电、光折变和非线性光学效应等一系列性质。目 前已被广泛应用于激光频率转换、光调制器、光开关、表面滤波器、光波导和二次 谐波发生器，是一种不可多得的多功能人工晶体。在非线性光学应用方面，虽然铌 酸锂的性能非常优异，但铌酸锂的生长困难，它也可用提拉法获得，但由于其光损 伤阈值较低，很少应用于非线性光学领域，而主要是应用于电光调制、全息照相、 光存贮技术等领域。最新报道，摻镱的LiNbOM MgO晶体是具有较高转换效率的、 能发射1060nm波长的激光材料。最近几年，纯的以及掺有P,，貼3+等稀土离子的 铌酸辉单晶光纤经常被报道，其吸收和发射带宽很宽，是一种有希望的近红外激光 工作物质。
技术实现思路
本专利技术的目的在于公布一种铌酸辉晶体的生长方法。本专利技术消除了在CaNb206 晶体中的色心；减少了CaNb206晶体在晶体生长后期发生相变开裂解理的几率，获 得了晶体尺寸较大、光学质量高、完整无开裂、物化性能较好、透过率达80%铌酸 钙单晶，是一种优良的发光基质晶体材料。本专利技术的技术解决方案如下-一种铌酸转单晶体的生长方法，该方法包括下列步骤-(DCaNb206晶体原料的制备初始原料采用高纯的CaCO3和NbzOs,两原料的摩尔比为NbaOs: CaC03= L0213 1.0513;按选定的摩尔比称取原料，然后烧结成CaNb206晶体原料块； (D采用提拉法生长铌酸钙单晶-采用提拉法生长铌酸钾单晶体，将原料块装入铱金坩埚，将铱埘埚和籽晶装入 提拉单晶炉内，所述的籽晶是<001>方向的CaNb206晶棒，装入单晶炉完后，单晶 炉内抽真空至1 10Pa,充入0.01 0.03 MPa中性气氛或还原性气氛，在髙于熔点 50 8(TC (1610"C 16401C)时化料，恒温1 2小时，在1560TC时进行晶体生长， 晶体生长速度为1 2mm/h,晶体的转动速度为5 10rpm,晶体生长结束，晶体提 脱后，充0.001 0.003MPa氧气或空气，以20 40"C/h的速率降温，当降温至950 10001C时，通过调整加热功率，快速跳过相变点温度；或者加快降温速率，以40 6(TC/h的降温速率来避开相变点温度925'C。另一种铌酸鈣单晶体的生长方法，包括下列步骤-① CaNb206晶体原料的制备-初始原料采用高纯的CaC03和NbaOs，两原料的摩尔比为Nb205: CaC03= L0213 1.0513;按选定的摩尔比称取原料，然后烧结成C,06晶体原料块；② 采用提拉法生长铌酸辉单晶采用提拉法生长铌酸钙单晶体，将原料块装入铱金坩埚，将铱钳埚和籽晶装入 提拉单晶炉内，所述的籽晶是<001>方向的CaNb206晶棒，装入单晶炉完后，单晶 炉内抽真空至1 10Pa,充入0.01 0.03 MPa中性气氛或还原性气氛，在高于熔点 50 801C (161(TC 16401C)时化料，恒温1 2小时，在1560t)时进行晶体生长， 晶体生长速度为1 2mm/h,晶体的转动速度为5 10rpm,晶体生长结束，晶体提 脱后，以20 4(TC/h的速率降温，当降温至950 1000TC时，通过调整加热功率， 快速跳过相变点温度或者加快降温速率，以40 60T/h的降温速率来避开相变点 温度9251C,然后将生长的铌酸铐单晶体置于马福炉中，用10小时加热到1300"C, 保温50小时，然后以6(TC/h的速度降至室温。所述的铌酸钙晶体原料的烧结过程是按选定的摩尔比分别称取原料，放入研 钵中棍和均匀并仔细研磨，用有机玻璃模具在液压机上压成料块，然后把料块装入氧化铝坩锅中，放入马福炉中用io小时升温至uoot:,恒温10个小时后再用10个小时降温至室温，从氧化铝坩锅中取出，即为所述的CaM)20s晶体原料块。利用本专利技术方法生长得到质量较好的单晶体，晶体重80g,尺寸达必25x45mm3。将铌酸铐晶体切割成片，光学抛光后，在室温下采用Jasco V-570 UV/VIS/NIR分光 光度计测试透过光谱。附图说明图1为铌酸辉晶体的透过率光谱，铌酸辉晶体具有高达80% 的透过率。本专利技术采用提拉法生长出的铌酸钙晶体质量优良。通过X-射线单晶结构 测定，铌酸转晶体属于正交晶系，空间群为Pbcn，晶胞参数为a=14.96lA， b= 5.740A, c=5.217A, a = g = Y=WTC,属于AB206型化合物中的铌铁矿结构，其 中Ca和Nb的配位数均为6。该结构可视为板钛矿型结构的超结构，结构中氧为四 层堆积，Nb占据板钛矿结构中Ti的位置，形成八面体；在〃 c轴方向上形成锯齿状的八面体链，链与链相联形成〃(100)的八面体锯齿状链层 在〃a轴方向上八面体锯齿状链层与[Nb06八面体锯齿状链层以1: 2的比例 相间排列。铌酸齊晶体结构趋向无序，类似玻璃的连续无序网络结构。掺有稀土离子的铌酸辉晶体的生长方法与本专利技术的方法基本相同，不同之处在 于原料中掺有少量的稀土离子，掺有稀土离子的铌酸f!晶体的吸收和发射带宽很宽， 可用做飞秒激光材料；掺有稀土离子的铌酸f!晶体可用于全息照相技术；铌酸拷晶 体可用做蓝光上转换材料；掺有E^+和Tf+离子的铌酸药晶体可用做灯具。实验表明，本专利技术方法消除了在C^Nb206晶体中的色心，减少了CaNbi06晶体 在晶体生长后期发生相变开裂解理的几率，获得了晶体尺寸较大、光学质量高、完 整无开裂、物化性能较好、透过率达80%铌酸辉单晶，是一种优良的发光基质晶体 材料。附國说明图1是本专利技术方法生长的铌酸f!晶体的透过率光谱 具体实施例方式下面结合实施例和附图对本专利技术作进一歩说明，但不应以此限制本专利技术的保护 范围。实施例l:本实施例铌酸辉单晶体的生长方法，包括下列步骤—种铌酸鈣单晶体的生长方法，其特征在于该方法包括下列步骤(DCaNbaOs晶体原料的制备初始原料采用高纯的CaC03和NbzOs,两原料的摩尔比为N^Os: CaC03= 1.0213:按选定的摩尔比称取原料，然后烧结成CaNb206晶体原料块； ②采用提拉法生长铌酸ff单晶采用提拉法生长铌酸拷单晶体，将原料块装入铱金坩埚，将铱坩埚和籽晶装入提拉单晶炉内，所述的籽晶是<001>方向的CiNb206晶棒，装入单晶炉完后，单晶 炉内抽真空至1Pa,充入0.01 MPa中性气氛或还原性气氛，在高于熔点50 80C (161(TC 16401C)时化料，恒温1 2小时，在156(TC时进行晶体生长，晶体生 长速度为lmmA,晶体的转本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铌酸钙单晶体的生长方法，其特征在于该方法包括下列步骤：①ＣａＮｂ↓［２］Ｏ↓［６］晶体原料的制备：初始原料采用高纯的ＣａＣＯ↓［３］和Ｎｂ↓［２］Ｏ↓［５］，两原料的摩尔比为Ｎｂ↓［２］Ｏ↓［５］∶ＣａＣＯ↓［３］＝１．０２１３～１．０５１３；按选定的摩尔比称取原料，然后烧结成ＣａＮｂ↓［２］Ｏ↓［６］晶体原料块；②采用提拉法生长铌酸钙单晶：采用提拉法生长铌酸钙单晶体，将原料块装入铱金坩埚，将铱坩埚和籽晶装入提拉单晶炉内，所述的籽晶是〈００１〉方向的ＣａＮｂ↓［２］Ｏ↓［６］晶棒，装入单晶炉完后，单晶炉内抽真空至１～１０Ｐａ，充入０．０１～０．０３ＭＰａ中性气氛或还原性气氛，在高于熔点５０～８０℃时化料，恒温１～２小时，在１５６０℃时进行晶体生长，晶体生长速度为１～２ｍｍ／ｈ，晶体的转动速度为５～１０ｒｐｍ，晶体生长结束，晶体提脱后，以２０～４０℃／ｈ的速率降温，当降温至９５０～１０００℃时，通过调整加热功率，快速跳过相变点温度；或者加快降温速率，以４０～６０℃／ｈ的降温速率来避开相变点温度９２５℃，然后将生长的铌酸钙单晶体置于马福炉中，用１０小时加热到１３００℃，保温５０小时，然后以６０℃／ｈ的速度降至室温。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：徐军，程艳，徐晓东，吴锋，姚罡，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：31[]