[发明专利]一种生长CaxBa1-xNb2O6系列晶体的方法

说明书

技术领域

本发明属于Ca_xBa_1-xNb₂O₆(简称CBN)系列晶体生长领域， 具体涉及到一种生长Ca_xBa_1-xNb₂O₆系列晶体的方法。

背景技术

四方钨青铜型(TTB)晶体材料由于具有不溶于水，物理化学性质稳 定等优点且大多数具有优良的电学性质、非线性光学性质、电光性质、 带隙宽以及变晶相界等特殊性质，易获得大尺寸、优质的晶体材料， 从而广泛应用于激光倍频、电光调制、联想存储记忆、光学信息处理、 图像放大、实时和动态干涉计量、超导、湿度传感器、热电探测器固 体燃料等领域.

光学浮区法作为一种新的高效的晶体生长方法近年来得到迅速 发展，它采用光学聚焦红外加热系统熔融多晶料棒，在生长的晶体和 多晶料棒之间形成一段非常窄的熔区，靠溶液的表面张力和重力的平 衡来维持稳定，熔区自上而下或者自下而上移动完成结晶，广泛应用 于高温难熔氧化物、金属间化合物、易挥发易污染材料的生长。光学 浮区法能快速自发成核生长晶体，易保留晶体高温相，能在电脑屏幕 上对熔区进行实时动态精确观察，便于对熔区进行有效调控，优化结 晶质量。由于采用料棒边熔化边结晶的生长方式，能够在高压气氛环 境下，通过快速生长有效抑制挥发。在前期系统性试验阶段，采用光 学浮区法能在较短时间积累丰富的实验数据，从而节约了时间和成 本。

已被广泛研究的TTB型结构的铌酸锶钡晶体的铁电相变温度比较 低(随组分变化，在25到120℃之间)，容易退极化，大大限制了其在 较高温度下的广泛应用。因为钙离子半径接近锶离子和钡离子的半径， 可以同族替代锶离子，成为铌酸钙钡晶体，该系列晶体具有和铌酸锶 钡同样优良的性质，但铁电相变温度较高(随组分变化在156到 301℃之间)，从而在器件应用方面占据优势。

Ca_xBa_1-xNb₂O₆熔体比较大的表面张力对浮区法形成高稳定性 的熔区颇为有利。我们采用的光学浮区法进行的Ca_xBa_1-xNb₂O₆(x＝0.22，0.25，0.28，0.32，0.35)系列单晶的生长，对生长气氛和压强 无特殊要求，晶体完整性好，结晶质量高，重复性好，是一种棒状晶 体生长的新方法，长度最高可达115mm.

发明内容

本发明的目的是针对Ca_xBa_1-xNb₂O₆系列晶体生长过程中存在 的问题和材料本身的特点，提供了一种在常压空气中，制备出高质量 厘米级Ca_xBa_1-xNb₂O₆系列晶体的新生长方法。首先要制备出致密 均匀单相的优质料棒，其次是摸索出光学浮区法生长该系列单晶的生 长功率、生长速度、料棒籽晶转速等最佳工艺参数。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下方案实现的：

(1)将粉料CaCO₃、BaCO₃和Nb₂O₅按Ca_xBa_1-xNb₂O₆化学计量比进行配料，其中x＝0.22、0.25、0.28、0.32或0.35，球 磨烘干、200目过筛；在1200～1250℃保温12～30h条件下预烧， 再次球磨、烘干，80目过筛；

(2)将(1)中制得的80目过筛后的粉料装入长条橡胶气球 中压实封闭，抽真空，在65～70MPa等静压下制成粗细、密度均匀 的素坯棒；

(3)将(2)中制得的素坯棒在提拉旋转烧结炉中1380～ 1440℃保温6h～24h烧结得到致密均匀多晶料棒；

(4)将(3)制得的多晶料棒置于浮区炉中，设置料棒和籽 晶的旋转方向为反向，旋转速度为20～40rpm，浮区炉的卤素灯的 输出功率为1100～1210W/h，以60～100℃/min的速率升温至料 棒和籽晶融化，对接；设置晶体生长速度为2～5mm/h开始生长；