[发明专利]一种硝酸钠单晶的提拉法生长工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种硝酸钠晶体的提拉法生长工艺，尤其是涉及一种光学组件用硝酸钠晶体的提拉法生长工艺，属于晶体生长技术领域。

背景技术

硝酸钠单晶(NaNO₃)属六方晶系，空间群R3c-，密度2.26g/cm³，熔点306.8℃，易潮解，易溶于水和液氨，微溶于乙醇、甘油和丙酮。具有大双折射率的负单轴晶体，光学均匀性好，透光范围在0.2～2μm之间，可应用于光隔离器、光环形器、光束位移器和各种光学偏振棱镜。硝酸钠的双折射率比方解石大，有利于简化器件结构，并且成本低廉，透光率高，比方解石更适合应用于各种偏振器件。

硝酸钠单晶的制备难点在于(1)原料易潮解，在结晶过程容易产生气泡；(2)在275℃存在反常相变点，在380℃存在分解点，对温场和生长工艺控制要求较高；(3)晶体易开裂，难以得到大尺寸完整单晶。目前，有关硝酸钠单晶的生长技术的报道还很少，得到晶体在完整性、纯度和结晶程度上不够理想。例如，中国专利CN101892514A公开一种硝酸钠单晶的坩埚下降法生长工艺，生长出了硝酸钠单晶，但是该工艺生长周期较长，所制备的晶体容易开裂，而且结晶度较低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提拉法生长硝酸钠单晶的工艺，以克服现有技术的不足。

在此，本发明提供一种硝酸钠单晶的提拉法生长工艺，包括以下步骤：

1)将原料硝酸钠于100～200℃烘干2～5小时后，装入坩埚中；

2)将装料后的坩埚置于提拉炉中，经2～5小时(优选为3～5小时)将炉温升至350～450℃，并保温1～2h，使坩埚中的硝酸钠原料全部熔化。缓慢降低加热功率，当控制炉温为250～350℃时，将籽晶浸到熔体中，旋转籽晶并向上提拉，开始晶体生长，提拉速率为1.0～10mm/h，旋转速率为10～20r/min，固液界面的温度梯度为10～30℃/cm；根据晶体生长趋势，微量调整加热功率，完成放肩和等径过程，生长完毕，提出晶体使之脱离熔体，以20～50℃/h的降温速率使炉体冷却至室温并取出晶体。

本发明通过提拉法生长出硝酸钠单晶，其生长温场稳定、晶体径向温梯小，因此晶体的热应力小，可减少晶体开裂。此外，本发明的方法生长工艺简单，可进行硝酸钠晶体的定向生长。因此使用本发明生长硝酸钠单晶可实现成品率高、晶体性能一致、工艺简单方便、成本低，适用于生长光学偏振器件所需各种尺寸的硝酸钠单晶。

较佳地，所述原料硝酸钠的纯度≥99.99％。通过选用高纯度的原料硝酸钠，可以提高生长出的晶体的纯度。

较佳地，所述坩埚为铂金坩埚、石英坩埚。

较佳地，所述籽晶的截面边长为3～10mm，长度为30～100mm。本发明可以采用尺寸较小的籽晶进行晶体定向生长。

较佳地，所述籽晶的取向为<001>，<110>，或<100>，或者未定向。

较佳地，所述提拉炉以硅碳棒或硅钼棒为发热体。借助于此，该提拉炉的生长温场稳定、晶体径向温梯小，因此晶体的热应力小，可减少晶体开裂。

较佳地，所述发热体能够发光。借助于此，可以方便地观察低温晶体的生长状况。

较佳地，将提拉所得的硝酸钠晶体在100～200℃空气气氛下退火处理10～24小时。通过进行退火处理，可以充分消除晶体内的应力，减少晶体开裂。经退火后的硝酸钠单晶即可用于机械加工。

本发明所述的提拉法生长工艺简单，可采用尺寸较小的晶种进行晶体定向生长，其温场稳定，径向温梯小，晶体在熔体表面处生长，而不与坩埚相接触，可明显减少晶体开裂和晶体污染。晶体生长过程中，硅碳棒或硅钼棒发热发光，可以方便地观察低温晶体的生长状况。

附图说明

图1为提拉法晶体生长设备结构示意图；

图中：1籽晶杆，2晶体，3铂金坩埚，4发热体，5保温材料，6观察孔，7热电偶；

图2为生长得到的硝酸钠晶体图片，晶体尺寸为Φ20×10mm³。

具体实施方式

以下结合附图和下述实施方式进一步说明本发明，应理解，附图及下述实施方式仅用于说明本发明，而非限制本发明。

本发明的硝酸钠单晶提拉法生长工艺包括：原料预处理、坩埚制备、生长设备、晶体生长和晶体后处理。具体方法如下。

一、原料预处理