均质晶体的培养方法及其装置制造方法及图纸

均质晶体的培养方法及其装置。为防止培养时逆行溶解的晶核因水热培养液而消耗或为在培养过程停顿时保护已培养得的晶体、同时为尽快达到热动力培养平衡，本发明专利技术提出将培养液在培养罐外溶解、预饱和并预加热至接近饱和温度，又将热培养液充入设有晶核的预热的培养罐中以进行真正的培养过程，最后将热培养液在培养过程结束后迅速从培养罐中排出。（*该技术在2008年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种均质晶体的培养方法，该晶体由预置在一培养罐中的水热培养液生成，其在培养液中的溶解随温度的升高而减小(逆行性溶解度)，以及实施这种培养方法的装置，该装置包括至少一个盛有水热培养液的培养罐，该罐带有一晶体原料及晶核的支架，通过管道可与至少一个其它的容器相连。这里所称的“均质晶体”是指这样一种晶体，其晶体和晶核具有相同的晶体结构且主要(优先)由同种材料构成或晶格常数至少进一步相等。按照传统方法由具有逆行溶解度的水热培养液中培养或结晶均质晶体时，不论是起动还是停止压热釜或培养器，都会出现困难，而这些困难与晶体在温度下降时溶解度增大有关。因此，一方面在压热釜起动时晶种会被消耗，或另一方面在停止培养以及压热釜冷却过慢时已生成的晶体有一部分会重新溶解。传统培养方法的缺陷还在于当通常是持续数周的浸解或在培养罐中的培养液预饱和(Vorsaettigung)时本来的培养过程停止。其中浸解理解为这样一个过程，其中由金属氧化物、酸、水组成的混合液产生真正的培养液，也即金属盐溶解在酸水混合液中。传统培养方法对材料的选择一般必须考虑压热釜内衬是否相容，因为该内衬必须能承受浸解和培育过程时的各种热动力荷载和机械荷载。上述方法和装置在US-PS4382840中已有揭示，其中培养罐具有水平排列的结晶培养区及饱和区，通过管道与其它容器相连。在该可加热的圆柱形容器中盛有培养过程所需的酸，该酸加热后借助一在容器中导过、向外密封的唧筒抽吸入培养罐(Zuchtgefab)中并在培养过程结束后从培养罐中排出。然而这种方法的缺点是因泵入培养罐中的热酸影响大部分晶种被溶解并消失，或在真正的培养开始前等待校准培养参数所需的时间内消耗掉。有关培养液成分的数据以及适当的培养温度，如对AB04晶体，其中A由Fe，Al、Ga基团B系由P、As基团中生出来，以上这些均在DE-OS3309598有所揭示。至于有效地阻止晶核在培养液中消耗的方法步骤及防护措施该文中并未予以说明。该文彼露，培养液在放入培养罐前须在培养温度范围的温度内预先饱和。然后，重新冷却至室温的培养液，充入培养罐中，但这一方法的缺点是，逆行溶解的晶体在培养液中、在室温时它比在培养温度时有更高的溶解度，因此在加入培养液时或在结束培养过程时会对晶种或形成的晶体造成损害。对此，泵吸一般是侵蚀性的培养液的问题在上述专利文本中并未有令人满意的解决办法，因为这一保护晶核和晶体的过程应该尽可能迅速进行。法国专利FR-P S2559166也描述了一种培养砷酸铝晶体(Al As O4)的方法，在该方法中晶体由砷酸水溶液中培养生成。因为根据Al As O4晶体的逆行溶解度，在低于饱和温度时晶相在溶液中不稳定，在达到饱和温度前Al As O4晶核被溶解，按照FR-PS专利文文献中的方法中建议采用Berlinit晶种(Al PO4)，它的晶体结构显示如图Al As O4一样可在培养液中大大地经受得住溶解的考验。这种方法存在的缺点是不会形成均质晶体，因为在晶种范围内一由于Al As O4及Al PO4不同的晶格常数引起一产生对晶体的性能有不良影响的晶格应力。此外该方法仅局限于Al As O4，Al PO4或Ga PO4晶体则不能根据这种方法培养出。本专利技术的任务是提供一种由水热培养液中培养晶体的方法，该方法避免了上述几种缺点，特别是在培养开始时阻止晶核消耗或在培养结束后阻止已形成的晶体的损耗。本专利技术的这一任务是通过以下方法实现的将培养液在培养罐外溶解、预饱和并预热至接近饱和温度，将培养液置入设有晶核的、预热的培养罐中，以进行真正的培养过程，继续加热至晶体开始生长的温度，在该温度下结晶生长，将热的培养液在培养过程结束后迅速从培养池中排出。通过这一措施将带有较热的培养液从培养罐放出并在培养过程结束之后可迅速将培养液从压热釜中排除，因此，一方面压热釜中的晶种或已形成的晶体可得到很好的保护，另一方面，培养罐中达到培养平衡的时间被大大缩短。按照本专利技术可知，培养液在进入盛有晶核的培养罐之前在一同培养罐相同的盛器中平衡，或培养液在其正的培养过程之前，在将晶核放入培养罐之前直接在培养罐中平衡。通过养护培养罐培养前本身的平衡，或在一与该培养罐相通的另外的培养罐中，培养液已在培养开始前与培养罐的内或与其中的附设件取得热动力平衡。按照本专利技术，这一平衡的程度可通过在这一过程时置放在培养罐中或与之相同的盛器中的探测晶种进行控制。本专利技术的进一步构成是，将培养罐中的培养液首先空间均匀地加热至晶体开始生长的一温度，并在调整温度的时间梯度情况下继续缓慢加热，在培养液缺少饱和材料后将饱和区冷却或将培养区继续加热，从而获得一空间的、优先是垂直的温度梯度。对同样构成或设置的盛器，这种方法可有选择把用于晶体的培养，与培养液的溶解或平衡。为简化步骤条件可在本专利技术的进一步构思中预见到将已放入培养罐中的培养液在一贮存容器中，标准压力下加热，并以此方式将之在培养罐中继续加热至接近饱和温度、培养过程结束后在回泵吸入贮存容器的同时冷却。晶体材料在支承容器壁上析出或在贮存容器和培养罐之间的管道壁上的析出可进一步由此加以避免。因为对于溶解和培养采用不同的容器，故容器也可针对各种目的进行理想的衬砌，培养罐在这期间内将培养液在其中溶解或预饱和，而不阻碍培养过程。许多所需的水热培养液是腐蚀性很强的液体，例如培养正磷酸金属盐晶体时在酸性介质中所采用的磷酸溶液，因此不可采用传统的抽吸泵进行抽吸，同时对自吸泵而言亦不能超过热溶液的蒸气压。因此根据本专利技术，将热的培养液借助一压力介质，优先选用压缩空气，输入培养罐中或从培养罐中排出，其优点是，当培养液在超过培养液饱和温度下的蒸汽压的压力下输入培养池中，或当培养液的酸压力超过在饱和温度的蒸气压下培养液培养压力时从培养池中排出。此时，抽吸过程在超压条件下进行，其中压力介质的压力可优先选取大于系统压力0.5巴的增压值。由于贮存容器中压力的升高，该处可达较高的温度，因而培养罐中为晶体培养所需的温度可被迅速调整。例如为培养正磷酸金属盐结晶，主要是Ga PO4结晶，根据本专利技术，在具有玻璃内壁的贮存容器中将一金属氧化物、H3PO4、H2O的混合物在100～140℃温度间溶解为含H3PO4·H2O正磷酸金属盐培养液，将贮存容器和培养区之间的大部分温差通过将培养液在抽吸的同时加热，而均衡200℃初始温度。具体地说，培养温度在产生Ga PO4晶体时在贮存容器中预热至约120℃～140℃，并借助压缩空气从贮存容器泵送入培养罐中，其中培养液在温度为160℃的培养罐中加热了25～30℃。在待溶解的培养液中除金属氧化物之外，当然至少还可掺入一些相应的正磷酸金属盐。上述方法的装置带有至少一个含有水热培养液的培养罐，该池具有一晶体原料和晶核支承物，其通过一管道可与至少一个另外的容器相连，为实施以上方法，根据本专利技术的装置构成如下在培养罐和/或在作为贮存容器使用的其它容器中设有或可通入一抽吸管装置，该装置具有一浸入培养液中的插管和一用于压力介质(优选压缩空气)相通的接头，因此培养液通过供入压力介质，可从一个容器进入另一个容器。对根据本专利技术实施的装置，多个支承容器可与多个压热釜相通，因此视贮存容器中溶解时间，可能的预饱和的持续长短以及培养罐中培养过程本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种由放在一培养罐中的水热培养液中培养均质晶体的方法，其中晶体在培养液中的溶解度随温度的升高而减小（逆行溶解度），其特征是：将培养液在培养罐外溶解，预饱和并加热至接近饱和温度，将热的培养液为真正的培养过程放入设有晶核、预热的培养罐中继续加热，直至达到晶体开始生长的某一温度，在该时结晶生长，接着在结束培养过程后将热的培养液迅速从培养罐中排出。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：京特恩格尔，阿尔弗雷德恩科，彼特W克伦普尔，
申请(专利权)人：AVL内燃发动机测量技术公司，
类型：发明
国别省市：AT[奥地利]