[发明专利]一种适用于BPOC单晶的生长方法及其生产装置

说明书

本发明涉及一种适用于Ba₃P₃O₁₀Cl单晶的生长方法，采用密闭熔盐法生长，使用一密闭熔盐炉实现，该熔盐炉包括密闭的刚玉炉膛，刚玉炉膛上下两端密闭，并分别连接真空机械泵和氩气源；以CsCl作为助熔剂，其加入量为50‑70wt.%；降温速率为1℃/天，转速为5‑10转/分钟；具体包括以下步骤：（1）将原料和助熔剂混合研磨，得到原料混合物后装入石墨坩埚，并将石墨坩埚置于刚玉炉膛内；（2）对密闭的刚玉炉膛抽真空，在真空度优于10^‑2Pa的状态下除水除氧；除水结束后，通氩气并升温熔化原料混合物至熔液均匀化；（3）下降籽晶至接触液面，设定温区进行降温，开始晶体生长，直至获得一定尺寸的晶体后，提拉晶体离开液面，再降温至室温，操作简单便捷，适用于Ba₃P₃O₁₀Cl单晶的生长。

技术领域

本发明涉及一种适用于BPOC单晶的生长方法及其生产装置，属于单晶生长领域。

背景技术

非线性光学（NLO）晶体在众多领域有着极为重要的应用，Ba₃P₃O₁₀Cl（BPOC）晶体是近年来国内发现的具有新颖结构且性质良好的深紫外NLO化合物，但是该化合物分解温度低于熔点，且需要在密闭无水无氧环境中进行晶体生长，因此获得厘米级单晶非常困难。目前对于非一致熔融或分解温度低于熔点的化合物的单晶生长非常困难，该类晶体的生长研究也尚未在文献中报道。

基于Ba₃P₃O₁₀Cl化合物的晶体生长特性，不仅需要密闭环境，且需要助熔剂辅助。在晶体生长过程中，助熔剂的存在会造成晶体的缺陷。传统适用于需要密闭环境的化合物晶体的生长方法是布里奇曼晶体生长法。然而引入助熔剂后使用该方法在晶体生长过程中助熔剂无法快速有效的排出晶体，获得高质量晶体非常困难。因此发展一种适用于该类晶体的晶体生长设备，成为目前迫切需要解决的主要问题。

在当前晶体的生长工艺中，对于需要助熔剂辅助的晶体采用最广泛的方法为熔盐法，该方法将组成晶体的原料在高温下溶解于低熔点的熔盐中，使之形成饱和溶液，然后通过缓慢降温等方法，使熔融液处于过饱和状态，从而使晶体析出生长的方法。基于Ba₃P₃O₁₀Cl化合物的晶体生长特性，因此能否发明一种气氛密闭，即满足晶体生长所需的无水无氧环境，又可引入助熔剂，并且操作上简单的熔盐法，成为当前亟待解决的工艺难题。

发明内容

鉴于现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种适用于BPOC单晶的生长方法及其生产装置，不仅结构简单，而且便捷高效。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种适用于Ba₃P₃O₁₀Cl单晶的生长方法，采用密闭熔盐法生长，使用一密闭熔盐炉实现，该熔盐炉包括密闭的刚玉炉膛，刚玉炉膛上下两端密闭，并分别连接真空机械泵和氩气源；以CsCl作为助熔剂，其加入量为50-70wt.%；降温速率为1℃/天，转速为5-10转/分钟；具体包括以下步骤：

（1）将原料和助熔剂混合研磨，得到原料混合物后装入石墨坩埚，并将石墨坩埚置于刚玉炉膛内；

（2）对密闭的刚玉炉膛抽真空，在真空度优于10^-2Pa的状态下除水除氧；除水结束后，通氩气并升温熔化原料混合物至熔液均匀化；

（3）下降籽晶至接触液面，设定温区进行降温，开始晶体生长，直至获得一定尺寸的晶体后，提拉晶体离开液面，再降温至室温。