用于CsB4O6F晶体生长的双层坩埚及CsB4O6F晶体生长方法技术

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。

Double layer crucible for CsB4O6F crystal growth and CsB4O6F crystal growth method

A double-layer crucible: the inner layer of the crucible with crystal elimination structure at the bottom is placed in the outer layer of the crucible; the outer layer head is located at the top of the crucible; the head is provided with a straight pipe connected with the pumping system; the straight pipe is connected with the outer layer and the inner layer of the crucible; the head and the top of the crucible are fused to make the outer layer of the crucible completely encapsulate the inner layer of the crucible; and the fluoroboric acid is added to the outer layer of the crucible Cesium crystal growth steps: the raw materials for crystal growth are packed in the inner layer; the inner layer is placed in the outer layer; the head and the outer layer are fused and sealed; the straight tube is fused and sealed under the vacuum condition through the straight tube; or after the vacuum degree is pumped, the straight tube is fused and sealed to the crucible outer layer and the inner layer by filling the inert gas through the straight tube, so as to make the outer straight tube fused and sealed in the inert atmosphere. The outer crucible is completely enclosed and the inner crucible is enclosed; the fused double-layer crucible is placed in the downward growth furnace of the crucible and the cesium fluoborate crystal is grown by the downward crucible method; the double-layer crucible combines the advantages of the quartz crucible, the inert metal and the carbon-based crucible and overcomes its disadvantages, so it can be efficiently used in the production of the cesium fluoborate crystal. Long.

【技术实现步骤摘要】
用于CsB4O6F晶体生长的双层坩埚及CsB4O6F晶体生长方法
本专利技术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
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。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：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。本专利技术的技术方案如下：本专利技术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；所述坩埚内层材质为惰性金属材质或碳基材质；所述坩埚外层材质为石英材质；所述坩埚外层的内高大于坩埚内层的高度，以使封头与坩埚外层顶端熔封后坩埚外层完全包纳坩埚内层。所述惰性金属材质为铂、金、银或其合金；所述合金为铂、金、银中任意两种构成的合金或三种构成的合金。所述碳基材质为石墨或玻璃态碳。所述石英材质中的SiO2含量不低于99.99％。本专利技术提供的双层坩埚用于生长氟硼酸铯晶体的方法，将氟硼酸铯晶体生长原料装入双层坩埚的坩埚内层中；将上述装有氟硼酸铯晶体原料的坩埚内层置于坩埚外层中，坩埚内层的晶体淘汰结构位于所述坩埚外层的底部；将外层封头底端置于坩埚外层上端，并用焊炬使两者封接；通过封头上端直管接驳抽气系统并抽真空，在达到真空度要求后，在保持抽真空的条件下，将封头直管熔封，以使坩埚外层完全密闭包纳坩埚内层；或者在达到真空度要求后，再通过封头直管向坩埚外层和坩埚内层内充入惰性保护性气体，在充惰性保护性气体的条件下将封头直管进行熔封，以使坩埚外层完全密闭包纳坩埚内层；将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的生长。所述原料为氟硼酸铯多晶或为氟化铯粉末与氧化硼粉末混合的混合粉末。所述抽真空的真空度小于100Pa。所述惰性保护性气体是氮气、氩气或两者的混合。所述充入的惰性保护性气体压强小于10000Pa。所述晶体生长包括以下步骤：在650～700℃保温2～100小时，熔化晶体生长原料；控制生长界面温度梯度在10～100℃/cm，缓慢降低温度到生长温度；以0.01～5.0mm/小时的速度下降坩埚进行晶体生长；晶体生长结束后降低温度到生长温度以下50～150℃，使晶体和坩埚在原位退火10～100小时；以5～20℃/小时的速率降温到室温，取出所生长的氟硼酸铯晶体。在氟硼酸铯晶体生长过程中可通过底部晶体淘汰结构自发成核生长。在氟硼酸铯晶体生长中，亦可采用在坩埚内层底部预埋氟硼酸铯籽晶进行接种生长。本专利技术具有如下优点：本专利技术的双层坩埚结合了石英坩埚、惰性金属和碳基坩埚的优点，有效地克服或减弱了它们各自的劣势，从而可以用于高质量氟硼酸铯晶体的生长。惰性金属的坩埚，如单一金属如铂、金、银制作的坩埚，或由以上两种或两种以上金属的合金制作的坩埚，能够避免熔体与坩埚材料的反应，且由于惰性金属坩埚可以做的很薄，具有很好的延展性，可以大大减轻晶体生长过程中所聚集的应力，将大大降低晶体开裂的几率；从坩埚制作来说，惰性金属坩埚具有加工方便，可重复利用的优点，适宜于大批量晶体生长。但惰性金属坩埚的缺点是无法采用类似石英坩埚法的抽真空密封工艺，一般需要在近大气压强下进行火焰焊接密封，焊接过程中不可避免地要引入氧和水分子。这给晶体生长带来了挑战，而且，由于未抽真空，当熔体处于高温下，坩埚内部压力很大，坩埚容易炸裂，造成晶体生长失败。碳基如石墨或玻璃态碳坩埚，在真空中具有较好的化学稳定性，一般不与原料发生反应，可以设计加工非常有效的晶体淘汰结构，但这一类坩埚的缺点是无法实现密封，只能在真空中用下降法生长晶体，如前面所述氟化钙等氟化物就是典型代表。本专利技术所提供的惰性金属/石英双层坩埚，既抑制了熔体与石英坩埚的反应，又通过密封石英坩埚避免了组分挥发，晶体生长过程可以在大气气氛下的坩埚下降炉中完成，避免了庞大的高真空生长设备的使用，熔体的挥发得到了最大程度地限制，生长出晶体的尺寸和形状容易控制，所生长的晶体应力小，不易开裂，晶体完整性好，成品率高，适宜于工业化生产。另外，本专利技术所提供的碳基/石英双层坩埚，除了以上优点外，碳基坩埚还容易设计且加工出淘汰晶体结构，使其底端成为具有自发淘汰功能的结构，这样，可以在晶体生长过程中无需使用籽晶。本专利技术针为氟硼酸铯晶体的生长提供一个实用化方法。附图说明图1为双层坩埚(石英/铂金)的结构示意图；图2为籽晶接种生长用双层坩埚(石英/铂金)的结构示意图；图3为具有淘汰结构的双层坩埚(石英/石墨)的结构示意图；图4为采用本专利技术双层坩埚的双段加热的坩埚下降生长炉的结构示意图。具体实施方式以下结合附图和实施方式进一步说明描述本专利技术，附图及所述实施例仅用于说明本专利技术，而非限制本专利技术。在附图中，对相同的要素标以相同的符号并省略重复说明。图1～3示出本专利技术三个实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于生长氟硼酸铯晶体的双层坩埚，其特征在于,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；所述坩埚内层材质为惰性金属材质或碳基材质；所述坩埚外层材质为石英材质；所述坩埚外层的内高大于坩埚内层的高度，以使封头与坩埚外层顶端熔封后坩埚外层完全包纳坩埚内层。

【技术特征摘要】
1.一种用于生长氟硼酸铯晶体的双层坩埚，其特征在于,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；所述坩埚内层材质为惰性金属材质或碳基材质；所述坩埚外层材质为石英材质；所述坩埚外层的内高大于坩埚内层的高度，以使封头与坩埚外层顶端熔封后坩埚外层完全包纳坩埚内层。2.根据权利要求1所述的用于生长氟硼酸铯晶体的双层坩埚，其特征在于，所述惰性金属材质为铂、金、银或其合金；所述合金为铂、金、银中任意两种构成的合金或三种构成的合金。3.根据权利要求1所述的用于生长氟硼酸铯晶体的双层坩埚，其特征在于，所述碳基材质为石墨或玻璃态碳。4.根据权利要求1所述的用于生长氟硼酸铯晶体的双层坩埚，其特征在于，所述石英材质中的SiO2含量不低于99.99％。5.一种权利要求1所述双层坩埚用于生长氟硼酸铯晶体的方法，其特征在于，其步骤如下：(1)将氟硼酸铯晶体生长原料装入双层坩埚的坩埚内层中；(2)将上述装有氟硼酸铯晶体原料的坩埚内层置于坩埚外层中，坩埚内层的晶体淘汰结构位于所述坩埚外层的底部；将外层封头底端置于坩埚外层上端，并用焊炬使两者封接；通过封头上端直管接驳抽气系统并抽真空，达到真空度要求之后，在保持抽真空的条件下，将外层封头直管熔封，以使坩埚外层完全密闭包纳坩埚内层；或者在达到真空度要求之后，再通过封头直管向坩埚外层和...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓洋，刘丽娟，陈创天，
申请(专利权)人：中国科学院理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11