硼酸钆锂晶体的晶体生长方法技术

本发明专利技术公开了一种硼酸钆锂晶体的晶体生长方法，涉及晶体生长领域。该方法为将晶体生长原料采用提拉法生长，其中，所述硼酸钆锂晶体的化学式为Ｌｉ↓［６］Ｃｅ↓［ｘ］Ｇｄ↓［１－ｘ］Ｂ↓［３］Ｏ↓［９］，ｘ的取值范围是０＜ｘ≤０．１；采用提拉法生长时，选用下半部分为弧形或者锥形底部的异型坩埚作为生长坩埚。本发明专利技术通过使用异型坩埚及后加热装置，克服了使用普通圆筒型坩埚的提拉法生长硼酸钆锂晶体易出现凹界面或难以长成大直径的缺点。用该方法生长出的晶体具有尺寸大、光学质量高等优点，可用于中子探测，还可以用来探测α、β、γ射线等。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及晶体生长领域，具体涉及一种。
技术介绍
硼酸钆锂晶体(分子式组成为Li6CexGd^B309)通过晶体中富集的锂-6或硼-10或钆-155或钆-157同位素与中子进行反应来探测中子，首先由美国的J. B. Czirr于1996年报道了其作为中子探测闪烁晶体的潜在用途。作为一种新型中子探测闪烁晶体，Li6CexGd^B309具有以下优点(1) 同时含有Li、 B和Gd三种对中子具有较大俘获截面的同位素的元素，可以根据不同的探测需求选择不同的同位素富集组合，优化设计出更高探测效率的晶体组分，因此该晶体具有很强的适应性。(2) 发光中心是Ce^离子，具有衰减时间短(28ns)、光输出高(每个中子激发产生40000个光电子，每MeVy射线激发产生25000个光电子)以及发光波长(中心波长为395nm)与光电倍增管(PMT)耦合好等特点，因而其探测效率高，是6Li玻璃的6倍和BC-454的9倍。(3) 有效原子序数低(46.3)，容易消除Y射线背景。(4) 折射率低(1.67@405nm)，很容易与聚合物复合，非常适合于大面积中子探测和成像。(5) 既可以利用该晶体的块状单晶制作小面积的中子探测器，也可以利用该晶体的特定颗粒的粉末制作出大面积中子探测器。提拉法又称丘克拉斯基法，是丘克拉斯基(J.Czochmlski)在1917年专利技术的从熔体中提拉生长高质量单晶的方法。这种方法能够生长掺钕钇铝榴石、钒酸钇、铌酸锂和单晶硅等重要的晶体材料。硼酸钆锂晶体熔点低(86(TC左右)，适合用提拉法生长。但同时该晶体具有熔体粘度大、晶体生长速度慢、晶体导热性差等缺点，使得该晶体在提拉法生长过程中极易形成过冷态或界面翻转，从而使得该晶体直径难以放大，甚至导致生长被迫中止，这是生长中遇到的最大问题。现有技术中一般使用普通圆筒型坩埚的提拉法生长硼酸钆锂晶体，使用这种坩埚来生长晶体时易出现凹界面或难以长成大直径的缺点。因此，有必要在现有提拉法生长技术上进行更进一步的改进，以生长出满足应用要求的大尺寸高质量硼酸钆锂晶体。通过对硼酸钆锂晶体生长时熔体的对流状况进行分析，发现当晶体的直径增大到一定程度后，熔体的强迫对流将会将坩埚底部的热量传输至晶体生长的固液界面，使晶体生长中心部位温度偏高，致使晶体生长无法进行，甚至会熔蚀已经生长的晶体，从而产生凹界面，使得晶体生长的界面发生翻转，从而使晶体无法长大长长，限制了晶体的尺寸。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种，为将晶体生长原料采用提拉法生长，其中，所述硼酸钆锂晶体的化学式为LisCexGc^BsOg, x的取值范围是0〈x《0.1;采用提拉法生长时，选用上半部分为圆柱体形，下半部分为弧形或者锥形底部的异型坩埚作为生长坩埚。 '所述晶体生长原料由包括下列步骤的方法制得A. 按配比称量各种原料后混合配料；B. 晶体生长原料的合成。所述步骤A中的原料包括含Li元素原料、含B元素原料、含Gd元素原料和含Ce元素原料。优选的，所述含Li元素原料选自Li2C03和LiOH中的一种或多种；所述含B元素原料选自H3B03和B203中的一种或多种；所述含Gd元素原料为Gd203;所述含Ce元素原料选自Ce02和Ce(N03)3中的一种或多种。更优选的，所述含B元素原料的重量过量l 5n/。(即含B元素原料的重量比按照化学式中B元素的化学计量比计算出来的重量过量1~5%)。所述步骤B中的晶体生长原料的合成步骤为将混合均匀的配料压成料块，升温到440~460°C，烧结9 11小时后，降温；取出后研磨，再次压成料块，升温至650 75(TC,烧结9~11小时。所述提拉法生长晶体的具体步骤为将制备的晶体生长原料装填在异型坩埚内，放入提拉炉；然后将籽晶装在籽晶杆上，并将籽晶杆固定在提拉杆上；使籽晶接触到熔融的晶体生长原料液面；然后通过旋转、提拉提拉杆来生长晶体。优选的，采用提拉法生长时，晶体生长温度为800~865°C，晶体生长时转速为l~10rpm，拉速为0.1 2mm/h，降温速率为0.4~0.8°C/h。优选的，采用提拉法生长时，晶体生长气氛为空气、氮气、氩气、含氧1~10沈％的氮气或含氧1 10at。/。的氩气。优选的，采用提拉法生长时，晶体生长籽晶为铂金丝或硼酸钆锂单晶籽晶，且硼酸钆锂单晶籽晶方向可任意。优选的，所述异型坩埚为铱金或铂金坩埚；该异型坩埚的上口内直径、高度及厚度可由本领域技术人员根据所需生长的晶体尺寸来确定。优选的，所述异型坩埚口还设有金属环作为后加热装置，所述金属环的外径与配套使用的坩埚的上口内直径相同，厚度与配套使用的坩埚壁厚度相同。本专利技术的提拉法生长方法通过使用异型坩埚，可以将坩埚底部的热量传输至坩埚壁，避免其对晶体生长的界面产生直接的影响，能够生长出大直径高质量的硼酸钆锂晶体。同时，通过使用上半部分直径相同，下半部分为弧形或者锥形底部的坩埚来改变熔体涡流形状的目的。由于硼酸钆锂晶体导热性能差，提拉法生长放肩过程中，在拉速和熔体中温度梯度不变的情况下，肩部面积随时间按指数律增加，从而导致晶体在放肩过程中出现失控状态；本专利技术的生长方法通过设置后加热装置，增加晶体生长界面附近的径向温度梯度，控制晶体的放肩速度，从而达到控制生长状态的目的。本专利技术提供了一种专门用于生长硼酸轧锂晶体的提拉法生长技术，克服了使用普通圆筒型坩埚的提拉法生长硼酸钆锂晶体易出现凹界面或难以长成大直径的缺点。用该方法生长出的晶体具有尺寸大、光学质量高等优点，可用于中子探测，还可以用来探测a、 P、 Y射线等，可实现工程化应用。附图说明图1本专利技术生长硼酸钆锂晶体所用的铱金坩埚剖面示意图。图2本专利技术生长硼酸钆锂晶体所用的铂金坩埚剖面示意图。具体实施例方式下面通过具体实施例进一步描述本专利技术所述的硼酸钆锂激光晶体及其制备方法。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。本实施例使用的提拉法生长硼酸钆锂晶体，采取特殊的坩埚形状和保温措施，能够克服晶体在常规提拉法生长过程中极易形成过冷态或界面翻转，从而使得该晶体直径难以放大，甚至导致生长被迫中止的缺点，从而生长出大直径高质量的晶体。具体实施例如下实施例1按照组成为Li6Ceo.(nGdG.99B309称量Li2C03 (纯度为99.99%) 270g、 Gd203 (纯度为99.99%) 217.2g、 H3B03 (99.99%) 228.6g和Ce02 (99.99%) 2.06g，混合均匀，压成直径为50mm的圆柱状块状，放入刚玉杯中，在450。C温度下烧结10小时，取出，重新研磨，再压成块状，置入马弗炉中，在700'C下烧结IO小时。取出后，放入异型铱金坩埚(剖面图如图l所示)中，以硼酸钆锂单晶为籽晶，晶体生长温度为80(TC，转速为3rpm，拉速为0.5mm/h，降温速率为0.8°C/h，经过80小时的生长，可生长出直径为32mm，长度为40mm左右的硼酸轧锂单晶。实施例2按照组成为Li6Ce謹Gd。.99B309称量Li2C03 (99.99%) 270g、 Gd203 (99.99%) 217.2g、H3B03 (99.99%) 237.7g和Ce02 (99.99%) 2.06g，混合均匀，压成直径为50mm的圆柱状块状，放本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硼酸钆锂晶体的晶体生长方法，为将晶体生长原料采用提拉法生长，其中，所述硼酸钆锂晶体的化学式为Ｌｉ↓［６］Ｃｅ↓［ｘ］Ｇｄ↓［１－ｘ］Ｂ↓［３］Ｏ↓［９］，ｘ的取值范围是０＜ｘ≤０．１；采用提拉法生长时，选用上半部分为圆柱体形，下半部分为弧形或者锥形底部的异型坩埚作为生长坩埚。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：潘尚可，杨帆，任国浩，丁栋舟，陆晟，张卫东，
申请(专利权)人：上海硅酸盐研究所中试基地，中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]