硝酸钠单晶的坩埚下降法生长工艺制造技术

本发明专利技术涉及一种坩埚下降法生长大尺寸、高质量硝酸钠单晶的方法，属于晶体生长技术领域。本发明专利技术采用分析纯硝酸钠为原料，采用单层圆锥底铂金坩埚或圆弧底石英玻璃坩埚装料，采用硅碳棒或硅钼棒为发热体的下降炉进行晶体生长，生长炉温３５０～３８０℃，生长速率０．２～１．０ｍｍ／ｈ，生长界面温度梯度５～１５℃／ｃｍ。本发明专利技术所述的坩埚下降法生长工艺简单，可按制定的条件进行晶体生长，其温场稳定，径向温梯小，可有效减少晶体开裂，而且一炉可同时生长多根不同规格的硝酸钠单晶。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种硝酸钠晶体的坩埚下降法生长工艺，尤其是涉及一种光学组件用 硝酸钠晶体的坩埚下降法生长工艺，属于晶体生长

技术介绍
硝酸钠单晶(NaNO3)属六方晶系，空间群R3c，密度2. 26g/cm3,熔点306. 8°C，易潮 解，易溶于水和液氨，微溶于乙醇、甘油和丙酮。具有大双折射率的负单轴晶体，光学均勻性 好，透光范围在0. 2 2 μ m之间，可应用于光隔离器、环形器和各种光学偏振棱镜。硝酸钠 的双折射率比方解石大，有利于简化器件结构，并且成本低廉，透光率高，比方解石更适合 应用于各种偏振器件。硝酸钠单晶的制备难点在于(1)原料易潮解，在结晶过程容易产生气泡；(2)在 275°C存在反常相变点，在380°C存在分解点，对温场和生长工艺控制要求较高；(3)晶体易 开裂，难以得到大尺寸完整单晶。目前，有关硝酸钠单晶的生长技术的报道还很少，得到晶 体在尺寸、纯度和结晶程度上不够理想。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种坩埚下降法生长硝酸钠单晶的工艺，以克服现有技术 的不足。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案一种硝酸钠单晶的坩埚下降法生长工艺，包括以下步骤1)将原料硝酸钠于100 250°C焙烧2 5小时除水以后，装入坩埚中；2)将装料后的坩埚置于下降炉中，控制炉温为360 380°C，当坩埚底部温度达 到硝酸钠熔点时，开始晶体生长，下降速率为0. 2 1. Omm/h,固液界面的温度梯度为5 15°C /cm;晶体生长完毕后，使炉体自然冷却至室温，取出坩埚，将晶体从坩埚中剥离，即得 到无色硝酸钠单晶。所述硝酸钠为分析纯，其纯度> 99. O %。较佳的，所述坩埚为单层圆锥底钼金坩埚，其壁厚为0. 10 0. 20mm。该钼金坩埚 的制备方法为首先将金属钼进行熔炼提纯、锻打、压片，然后应用点焊等工艺加工成所需 规格的圆锥底坩埚，该坩埚一次性使用，经重新提炼可多次重复使用。所述单层圆锥底钼金 坩埚的形状和大小可根据需要预定生长晶体的形状和大小确定。较佳的，所述坩埚为圆弧底石英玻璃坩埚，其壁厚为1 2. 5mm。该坩埚选用耐温 5000C的石英玻璃作为生长晶体的坩埚材料，一次性使用，不可重复利用。所述圆弧底石英 玻璃坩埚的形状和大小可根据需要预定生长晶体的形状和大小确定。较佳的，所述的下降炉以硅碳棒或硅钼棒为发热体，该下降炉的生长温场稳定、晶 体径向温梯小，因此晶体的热应力小，可减少晶体开裂。进一步的，为了提高晶体纯度和光学质量，将上述步骤2)得到的硝酸钠晶体重新置入坩埚中，重复步骤2)，进行二次或三次重结晶。进一步的，为了充分消除晶体内的应力，减少晶体开裂，将采用上述方法得到的硝 酸钠晶体在100 250°C空气气氛下退火处理10 24小时，经退火后的硝酸钠单晶即可用 于机械加工。本专利技术所提供的上述方法，可一炉同时生长4 8根不同规格的硝酸钠单晶，即可 以同时生长不同形状和大小的硝酸钠单晶(如图2所示)，其纯度可达99. 99%。本专利技术以硝酸钠分析纯(彡99.0%)为原料，以钼金或者石英玻璃为坩埚，生长 硝酸钠单晶，并通过重结晶达到高纯目的。同时，本专利技术采用硅碳棒或者硅钼棒为发热体的 生长炉，按制定的生长条件生长硝酸钠单晶，其生长温场稳定、晶体径向温梯小，因此晶体 的热应力小，可减少晶体开裂。此外，本专利技术的方法生长工艺简单，可一炉同时生长多根不 同规格的硝酸钠单晶。与已有的生长方法相比较，本专利技术的方法可生长出晶相完整的高纯 硝酸钠单晶。因此使用本专利技术生长硝酸钠单晶可实现成品率高、晶体性能一致、工艺简单方 便、成本低；适用于生长光学偏振器件所需各种尺寸的硝酸钠单晶。附图说明图1为坩埚下降法晶体生长设备结构示意图；图中1炉体，2引下管，3发热体，4坩埚，5原料，6晶体，7热电偶，8下降装置。图2为生长得到的硝酸钠晶体图片，晶体尺寸分别为Φ25Χ80πιπι3，Φ20Χ 150mm3。具体实施例方式下面结合具体实施例进一步阐述本专利技术。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术， 而非限制本专利技术的范围。本专利技术的硝酸钠单晶坩埚下降法生长工艺包括原料预处理、坩埚制备、生长设 备、晶体生长、晶体提纯和晶体后处理。具体方法如下一、原料预处理采用硝酸钠分析纯(彡99. 0% )为原料，经100 250°C焙烧2 5小时除水后， 在干燥箱中进行装料。二、坩埚制备选用钼金作为生长晶体的坩埚材料，首先金属钼经熔炼提纯、锻打、压片，然后应 用点焊等工艺加工成所需规格的单层圆锥底坩埚，坩埚壁厚度一般为0. 10 0. 20mm，坩埚 一次性使用，经重新提炼可多次重复使用。选用耐温500°C的石英玻璃作为生长晶体的坩埚材料，加工为厚度1 2. 5mm,圆 弧底坩埚，坩埚一次性使用，不可重复利用。三、生长设备晶体生长炉的内衬和保温材料使用氧化铝轻质砖和硅酸铝纤维，发热体由四根硅 钼棒组成，采用钼-铑热电偶通过JWT-702精密控制仪控制炉子温度，以及用钼铑热电偶 监控晶体生长，晶体生长速度由小电机带动变速装置实现可调节的恒定速率下降坩埚来控 制。本专利技术采用专利申请号94114075. X，公开号CN1125787A中所述的生长设备，其结构如 附图1所示。四、晶体生长将处理后的原料装入钼金或石英玻璃坩埚中，装料应尽可能致密，装料后将坩埚 口端封闭。将坩埚底朝下置入氧化铝引下管内，其间空隙用氧化铝粉填充。将引下管放置 下降装置的平台上，经5-8小时将炉温升至350 380°C，然后保温4 6小时，再逐渐提 升引下管，使坩埚内的原料逐渐熔化。调节坩埚底部与热电偶在同一水平位置，当热电偶显 示为硝酸钠熔点时，开启下降装置开始晶体生长，下降速率0. 2 1. Omm/h，生长界面温度 梯度为5 15°C/cm。当下降距离达到晶体预计长度以后，关闭电源，使炉体自然冷却至室 温，取出坩埚，将晶体从坩埚中剥离，获得无色硝酸钠单晶。五、晶体提纯为了提高晶体纯度和光学质量，将一次生长得到的硝酸钠晶体重新置入钼金坩埚 中，重复上述步骤，进行二次或者三次重结晶生长。六、晶体后处理为了充分消除晶体内的应力，减少晶体开裂，将晶体在100-250°C空气气氛下退火 10-24小时，经退火后的硝酸钠单晶即可用于机械加工。以下面的具体实施例为例进一步阐述本专利技术的内容。实施例中所涉及的各工艺参 数，可由上述所公开的工艺条件范围内的其他数值进行替换，这些均可以同样获得本专利技术 的效果。实施例1 (1)采用硝酸钠分析纯(彡99. 0% )为原料，经200°C焙烧2小时除水后，在干燥 箱中进行装料；(2)采用尺寸Φ IOX 100mm3，壁厚1. 5mm的圆柱状石英玻璃坩埚，将原料压实装 入坩埚中，再将坩埚置入引下管内，经5小时将炉温升至370°C，然后保温4 6小时并逐 渐提升引下管，当坩埚底部温度达到硝酸钠熔点时，开启下降装置开始晶体生长，下降速率 0. 4mm/h,生长界面温度梯度为5°C /cm ；(3)生长结束，关闭电源，使炉体自然冷却至室温，取出石英玻璃坩埚，将晶体从坩 埚中剥离，获得无色硝酸钠单晶。本实施例一炉可生长4根硝酸钠晶体。实施例2 (1)采用硝酸钠分析纯(彡99. 0% )为原料，经200°C焙烧3小时除水后，在干燥 箱中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硝酸钠单晶的坩埚下降法生长工艺，包括以下步骤：　　１）将原料硝酸钠于１００～２５０℃焙烧２～５小时后，装入坩埚中；　　２）将装料后的坩埚置于下降炉中，控制炉温为３６０～３８０℃，当坩埚底部温度达到硝酸钠熔点时，开始晶体生长，下降速率为０．２～１．０ｍｍ／ｈ，固液界面的温度梯度为５～１５℃／ｃｍ；晶体生长完毕后，使炉体自然冷却至室温，取出坩埚，将晶体从坩埚中剥离，即得到无色硝酸钠单晶。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：袁晖，熊巍，陈良，周尧，
申请(专利权)人：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]