[发明专利]一种高温相偏硼酸钡晶体的制备方法

说明书

本发明提供一种高温相偏硼酸钡晶体的制备方法，包括：按钡硼原子比为1:（2 +x）配比称取碳酸钡和硼酸粉料后，再经混合、压块和烧结，得到原料块，其中x=0～0.01；在至少一个坩埚底部放入籽晶，然后装入所述原料块并密封；将至少一个坩埚置于温度梯度为20～60℃/cm的坩埚下降炉的高温区，调整坩埚位置使所述原料块在1050～1150℃的生长温度下保温5～10小时，使得原料块和籽晶的顶部融化；然后以0.1～0.5mm/h的速率下降的同时并保持生长温度以1～3℃/天的升温速率升温，直至原料块全部结晶后停止下降，随后冷却至室温，得到所述高温相偏硼酸钡晶体。

技术领域

本发明涉及一种高温相偏硼酸钡单晶的制备方法，属于晶体生长领域。

背景技术

双折射晶体由于具有较高的双折射率系数而广泛用于各种规格的棱镜和光学器件，如渥拉斯顿棱镜、洛匈棱镜、格兰-泰勒棱镜、偏光棱镜和光隔离器件等等，常用的的双折晶体是自然形成的方解石，随着不断开采利用日趋减少。研究发现高温相偏硼酸钡晶体(简称α-BaB₂O₄，α-BBO)是一种新型的双折射晶体，目前已部分取代天然方解石应用于各种棱镜和光学器件。

现有的高温相偏硼酸钡晶体的生长方法之一是提拉法。1996年初中国科学院上海光学精密研究所与福建福州科腾光电有限公司合作，将α-BBO晶体作为性能优良的双折射晶体，用提拉法生长大尺寸(直径50mm)晶体获得成功。但由于晶体生长习性的影响，晶体各方向生长速率差别太大，晶体外形难以控制，厚度方向尺寸仅到30mm，而且生长后期容易出芯；另外，由于α-BBO晶体各方向的热膨胀系数相差很大，使得α-BBO晶体生长时易开裂，这两点使得提拉法只能沿(001)方向生长，而实际应用切型不是(001)方向，这就使得成品率和可利用率不高，而且提拉法的设备成本也相对较高。

高温相偏硼酸钡晶体的生长方法之二是采用坩埚下降法。中国专利(申请号ZL97106378.8A)曾报道了该种生长技术，但是该法未能完全解决大尺寸晶体生长中的开裂和散射问题。文献2(YI ShouTao,WANG Sheng,LE XiuHong,等.Growth ofα-BaB2O4SingleCrystal by the Bridgman Method高温相偏硼酸钡单晶的下降法生长[J].无机材料学报,2002,17(6):1048-1050.)也公开了采用坩埚下降法制备高温相偏硼酸钡晶体，但采用该法报道出的晶体最大直径仅为25mm。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种低成本的稳定可靠的大尺寸高温相偏硼酸钡晶体的制备方法，以实现高温相偏硼酸钡晶体的工业化生产。

一方面，本发明提供了一种高温相偏硼酸钡晶体的生长方法，包括：

按钡硼原子比为1:(2+x)配比称取碳酸钡和硼酸粉料后，再经混合、压块和烧结，得到原料块，其中x＝0～0.01；

在至少一个坩埚底部放入籽晶，然后装入原料块并密封；

将至少一个坩埚置于温度梯度为20～60℃/cm的坩埚下降炉的高温区，调整坩埚位置使所述原料块在1050～1150℃的生长温度下保温5～10小时，使得原料块和籽晶的顶部融化；

然后以0.1～0.5mm/h的速率下降的同时并保持生长温度以1～3℃/天的升温速率升温，直至原料块全部结晶后停止下降，随后冷却至室温，得到所述高温相偏硼酸钡晶体。

本发明通过晶体生长过程中的不断升温(1～3℃/天)，一方面熔体温度升高可提高杂质原子在熔体中的溶解度，加大杂质原子从固液界面向熔体中的扩散速度，另一方面有效补充大尺寸晶体生长带来的热量流失，使得晶体生长过程中固液界面保持平面或微凸，从而避免中心处杂质原子的富集浓度过高而形成的其它物相(即包裹体等宏观缺陷)，解决了大尺寸晶体生长中晶体内的包裹体带来的散射问题。