本发明专利技术涉及一种钨酸铅晶体的垂直梯度凝固法生长技术，属于单晶生长领域。其特征在于初始原料由按设定的多晶锭化学计量组分精确配料，混合均匀后置于坩埚中，于７００～８００℃温度下预烧料２～４小时，下端置以取向确定的籽晶，然后升温至１１３０～１２００℃使原料熔化，籽晶和熔体附近温度梯度约１５℃／ｃｍ、熔体内部约８℃／ｃｍ，然后以２℃／ｈ的速度降温，晶体生长开始，这个速度一直维持到生长结束。本方法工艺简单，重复性好，整个生长过程可实现全部程序控制，有利于实现工业化生产。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种钨酸铅晶体的垂直梯度凝固法生长工艺，属于单晶生长领域。
技术介绍
人们从1948年着手开始研究钨酸铅的发光特性，并首先报导了 PWO粉末发光现 象。在1975年又对晶体形式的PWO发光进行了比较细致的研究，结果表明PW0的发光光 谱由一个蓝发光带和两个绿发光带组成，其中蓝发光随激发能量的增加而增强。Groenink 等人则发现PWO的绿发光具有偏振性，而蓝发光不具有偏振性。但由于PWO的室温发光效 率较低，很长一段时间内它的发光特性研究没有引起重视仅局限于光致发光，之后则更少。 直到1990年，S. E. Derenzo等人研究发现了它的闪烁性能，才大大增加了人们对PWO晶体 研究的兴趣。90年代初，PffO以其快发光、高密度和低成本等特点，被选作欧州核子子中心新一 代世界大型强子对撞机LHC (Large Hadron Collider)中的闪烁晶体，逐渐显现出其在高 能物理领域巨大的应用背景，因而引起了广泛的关注和系统的研究。俄罗斯的Bogoroditsk Technical Chemical Plant，中国科学院上海硅酸盐研究所和北京玻璃研究院，日本的 Furukava Company，乌克兰的晶体研究(Kharkov)以及其它的国际组织_都对PWO晶体 的生长与闪烁性能作了深入的研究，使其质量得以大大提高。现在越来越多的国际研究机 构，如 ALICE(CERN),CEBAF(JEFFERSON LAB)、KEK (Japan)等已选用 PWO 晶体作为高能物理 探测器用的探测材料。而最初大量应用于高能物理实验的闪烁晶体也逐渐开始应用于新兴的核子医疗 设备行业中_，如正电子断层扫描成像系统(简称PET)。日本滨松光子学株式会社已 经开始试验将PWO晶体引人到PET系统中，这一方向的发展将会为PWO晶体带来新的机遇。目前国际上普遍采用熔体提拉法(Czochralski)和坩埚下降法(Bridgman)来生 长PWO晶体。提拉法的基本特征是在Czochralski单晶炉内，通过高频或电阻加热，熔化在 钼坩埚内的初始原料，再经过下种、缩颈、旋转提拉等操作程序，生长出一定方向和一定尺 寸的单晶，但尚未实现其产业化生长，并且还存在一定的问题(1)由于固液界面附近温度 梯度较大，加上晶体本身热膨胀的各向异性，容易产生开裂，因而籽晶方向需加以限定(一 般沿b轴生长)；(2)坩埚敞开，氧化钨容易挥发，熔体组分偏离严重，导致晶体成品率低且 易出现包裹、色芯等宏观缺陷；(3)单机单产，效率较低，生产成本较高。而下降法的基本特 征是将用于晶体生长的材料装在圆柱型的坩埚中，缓慢地下降，并通过一个具有一定温度 梯度的加热炉，炉温控制在略高于材料的熔点附近。生长装置包括生长炉、引下系统和控温 系统。主要有三个关键工艺环节一是原料的选择与预处理；二是籽晶的选择、定向和接种 位置的确定；三是晶体生长过程中温度梯度、引下速度和加温制度的建立。该方法可以选择 长出晶体的形状；采用多坩埚技术可实现批量生产；易于控制组分变化；技术简单，操作稳 定，易实现程序化；效率和原料利用率都很高。但不适于强腐蚀材料和具有负膨胀系数的晶 体；生长过程会引入较大的内应力。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种稳定可靠的钨酸铅晶体垂直梯度凝固法生长工艺，以 实现工业化生产。为实现上述目的，本专利技术公开了一种钨酸铅晶体的垂直梯度凝固法生长工艺，其 特征在于包括以下步骤1)按多晶锭化学计量组分为99.999%纯度的PbO和99. 999%纯度的WO精确配料，其物 质的量比为1 :1，去除水份后混合均勻得混合料；2)将混合料在70(T80(TC炉温下预烧2、小时，然后升温至113(T120(TC使混合料熔 化，快速注入模具中，降温得到多晶锭；3)选取现有的钨酸铅晶体，根据所需生长方向准确定向，切割、研磨成所需要的形状， 清洗后得到籽晶，所述籽晶截面长度和宽度均应小于所述钨酸铅晶体上的尺寸，长度为 20 50mm ；4)将所得多晶锭和籽晶置于钼金坩埚中，装入VGF晶体生炉，升温至110(Tl30(rC，保 温2 3小时后，以400μ m/h的移动速度开始下降，制得所述钨酸铅晶体；5)籽晶和熔体附近温度梯度约15°C/cm、熔体内部约8°C /cm,降温速度为2V /h,晶体 生长开始，这个速度一直维持到生长结束。本专利技术与提拉法和下降法相比，其优点是工艺简单，重复性好，整个生长过程可 实现全部程序控制，有利于实现工业化生产；且不需要等径控制装置，晶体的形状完全由坩 埚的外形决定，晶体利用率高；温度梯度小，温区可以从几段到十几段控制，能精确控制生 长界面的温度梯度；晶体热应力小，缺陷少，晶格完整性好，晶体质量可以得到提高；通过 全面加热溶化原料，有利于质量均勻性。具体对比见下表表1 本专利技术与提拉法生长LGS单晶的比较方法工艺条件晶体鹿S生产水平提拉法生长参歡复杂，晶形 单一，设备昂贵易产生开裂和熔体纽份·偏 离造成的包裏、色芯等缺陷单机单产，效率低，能耗 高，未工此化下降法温场稳定，晶形邛变， 设备简单，操作方便无宏观及微观缺陷；完整性 好，不易开裂单机多产，成品率高，能 耗及成本低，可实现工1 化批量生产本专利技术晶形可变，工艺简单， 操作;t便晶体热应力小，缺陷少，晶 格完整性好，晶体Λ量可以 得到提高晶体利用率高，重复性 好，整个生长过程可实现 全部程序控，邛实现工it 化批量生产本专利技术突出的实质性特点和显著的进步，通过下述实施例予以充分展示，但决非限制 本专利技术。具体实施例方式实施例1按多晶锭化学计量组分为99. 999%纯度的PbO和99. 999%纯度的WO粉料，其物质的量 比为1 :1，混合均勻后，在800°C温度下预烧料4小时；将预烧混合后的粉料和<010>方向圆 柱形籽晶，放入圆柱形钼金坩埚中，在1130°C下熔化原料和籽晶顶部，籽晶和熔体附近温度 梯度约15°C /cm、熔体内部约8°C /cm ；降温速度为2V /h，移动速度为400μπιΛ，生长出圆 柱形晶体。实施例2初始原料组成为按多晶锭化学计量组分为99. 999%纯度的PbO和99. 999%纯度的WO 粉料，其物质的量比为1 :1 ；混合均勻后，在700°C温度下预烧料3小时；将预烧混合后的粉 料和<201>方向圆柱形籽晶，放入长方柱形钼金坩埚中，在1150°C下熔化原料和籽晶顶部， 籽晶和熔体附近温度梯度约15°C /cm、熔体内部约8°C /cm。降温速度为2V /h，移动速度 为400 μ m/h,生长出长方柱形晶体。实施例3初始原料组成为按多晶锭化学计量组分为99. 999%纯度的PbO和99. 999%纯度的WO 粉料，其物质的量比为1 :1。混合均勻后，在750°C温度下预烧料2. 5小时，将预烧混合后的 粉料和<001>方向六边形籽晶，放入壁厚为0. 3mm的钼金坩埚中，在1200°C下熔化原料和籽 晶顶部，籽晶和熔体附近温度梯度约15°C /cm、熔体内部约8°C /cm。降温速度为2V /h，移 动速度为400 μ m/h,生长PWO完整晶体。籽晶的方向并不仅限于上述具体实施例中所公开的几个方向，可以是沿本文档来自技高网...
【技术保护点】
钨酸铅晶体的垂直梯度凝固法生长工艺，其特征在于包括以下步骤： １）按多晶锭化学计量组分为９９．９９９％纯度的ＰｂＯ和９９．９９９％纯度的ＷＯ精确配料，其物质的量比为１：１，去除水份后混合均匀得混合料； ２）将混合料在７００～８００℃炉温下预烧２～４小时，然后升温至１１３０～１２００℃使混合料熔化，快速注入模具中，降温得到多晶锭； ３）选取现有的钨酸铅晶体，根据所需生长方向准确定向，切割、研磨成所需要的形状，清洗后得到籽晶，所述籽晶截面长度和宽度均应小于所述钨酸铅晶体上的尺寸，长度为２０～５０ｍｍ； ４）将所得多晶锭和籽晶置于铂金坩埚中，装入ＶＧＦ晶体生炉，升温至１１００～１３００℃，保温２～３小时后，以４００μｍ／ｈ的移动速度开始下降，制得所述钨酸铅晶体； ５）籽晶和熔体附近温度梯度约１５℃／ｃｍ、熔体内部约８℃／ｃｍ，降温速度为２℃／ｈ。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：向卫东，徐家跃，梁晓娟，杨昕宇，邵明国，
申请(专利权)人：温州大学，
类型：发明
国别省市：33[中国|浙江]
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