[发明专利]用于CsB4O6F晶体生长的双层坩埚及CsB4O6F晶体生长方法

说明书

一种双层坩埚：底部设晶体淘汰结构的坩埚内层置于坩埚外层内；位于外层顶端的外层封头；封头上设与抽气系统相连的直管；直管与坩埚外层和内层相通；封头与坩埚外层顶端熔封以使坩埚外层完全包纳坩埚内层；其氟硼酸铯晶体生长步骤：将晶体生长原料装内层中；将内层置外层之中；将封头与外层熔封；通过直管抽真空，抽真空条件下将直管熔封；或抽真空度后再通过直管向坩埚外层和内层充惰性气体，在惰性氛围下将外层直管熔封，以使坩埚外层完全密闭包纳坩埚内层；熔封后的双层坩埚置入坩埚下降生长炉中，通过坩埚下降法进行氟硼酸铯晶体生长；本该双层坩埚综合了石英坩埚、惰性金属和碳基坩埚优点并克服了其缺点，从而高效地用于氟硼酸铯晶体生长。

技术领域

本发明涉及一种用于生长氟硼酸铯(CsB₄O₆F)晶体的坩埚及生长氟硼酸铯晶体的方法，具体涉及一种双层坩埚及使用该双层坩埚生长氟硼酸铯晶体的方法，属于晶体生长技术领域。

非线性光学晶体作为全固态激光器的重要基础材料，其单晶生长研究一直受到国内外科学界和工业界的广泛关注。氟硼酸铯晶体的化学式为CsB₄O₆F(简称CBF)，分子量为291.15，属于正交晶系，空间群为Pna21，晶胞参数为α＝β＝γ＝90°，单胞体积为氟硼酸铯晶体在空气中几乎不潮解，化学稳定性好，可作为紫外、深紫外非线性光学晶体在全固态激光器中获得应用。氟硼酸铯为同成分熔融化合物，熔点在～605℃,适合采用熔体法生长，也易于实现规模化、产业化制备。

技术背景

在熔体法制备晶体过程中，坩埚是盛放、熔化原料和晶体生长的容器，高温熔体与坩埚直接接触。坩埚的形状、尺寸、结构及物化特性对生长出晶体的质量、尺寸和性能有很大的影响。

氟硼酸铯为碱金属氟硼酸盐，需要在无水无氧的环境中生长。目前隔绝氧气和水蒸气最常用的两条技术路线，一是将原料置于真空生长炉中，保持晶体生长过程中动态抽高真空进行生长，如生长氟化钙、氟化镁和氟化钡等氟化物晶体，但是此方法对生长氟硼酸铯晶体不合适，因为生长过程中需要对坩埚、加热和保温系统不间断地抽高真空，除了设备庞大，维护成本高，而且由于氟硼酸铯蒸汽压较高，会造成熔体挥发剧烈，挥发物也会对真空系统和外界环境产生较大的影响；二是将装有原料的石英坩埚抽高真空后密封，进行晶体生长。在石英坩埚抽真空并熔封后，可实现生长原料与坩埚外部环境的完全隔绝，例如生长溴化镧、磷锗锌。但是在实践中发现选择石英坩埚生长氟硼酸铯存在着严重问题：

第一，氟硼酸铯晶体热膨胀系数与石英坩埚的热膨胀系数(0.6×10^-6℃^-1)相差太大，前者比后者要大一个数量级。在晶体生长过程中，晶体会和石英坩埚发生挤压，在晶体内部产生较大的应力，在后面的生长或降温过程中常出现晶体开裂的现象；

第二，氟硼酸铯的熔体以及挥发物氟化铯与石英坩埚会发生反应，使得石英坩埚的内壁发生腐蚀，一来会在生长出的晶体表面形成一层反应物，这严重影响生成态晶体的光学质量和性能；二来腐蚀严重时会使石英坩埚耐压大幅度降低，发生坩埚炸裂，直接导致晶体生长失败。

发明内容

本发明的目的在于：面对现有技术存在的问题，提供一种操作简单、成本低廉、适合批量化的双层坩埚及用该双层坩埚生长氟硼酸铯晶体的方法，以实现该类晶体的工业化生产。

本发明的技术方案如下：

本发明提供的用于生长氟硼酸铯晶体的双层坩埚，其组成具有：

一个用于装载氟硼酸铯晶体生长原料的底部具有晶体淘汰结构的坩埚内层；

一个坩埚外层；所述坩埚内层置于坩埚外层之内，坩埚内层的晶体淘汰结构位于所述坩埚外层的底部；

一个位于所述坩埚外层顶端的外层封头；所述外层封头上端设有用于与抽气系统相连的封头直管；所述封头直管与所述坩埚外层及坩埚内层相通；