本发明专利技术属于无机化合物晶体及制造技术领域，具体涉及一种焦硅酸钇闪烁单晶的浮区法生长方法。本发明专利技术的生长方法包括：原料的合成，熔料，接种，生长和降温四个步骤，其中，晶体生长完毕后的降温过程中，在相变点温度以上时，降温速率为３０～５０℃／分钟，在相变点温度以下时，降温速率为１００～２００℃／小时。本发明专利技术的生长方法解决了ＹＰＳ晶体生长过程中非一致熔融的问题和相变的问题，可以获得晶体质量较好的ＹＰＳ高温δ相单晶。
Floating zone method for growing yttrium silicate scintillation single crystal
The invention belongs to the field of inorganic compound crystal and manufacturing technology, in particular to a floating zone method for growing single crystal of yttrium silicate. The method of the invention includes the growth of raw materials: synthesis, melt, inoculation, growth and cooling of the four steps, the completion of the cooling process after crystal growth in the above phase transition temperature, the cooling rate is 30 to 50 DEG C / min in the following phase transition temperature, the cooling rate is 100 to 200 c / h. The growth method of the invention solves the problem of non-uniform melting and phase change in the growth of YPS crystal, and can obtain a YPS high temperature delta phase single crystal with good crystal quality.
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于无机化合物晶体及制造
，具体涉及一种焦硅酸钇闪烁单晶的浮区法 生长方法。
技术介绍
稀土掺杂焦硅酸钇Y2Si207 (简称为YPS)单晶属六方晶系，空间群为Pna2p晶格常 数a二13.66A， b=5.016A， c=8.149A,熔点为1775°C。现有技术中，YPS单晶的生长技术主要有如下两个方案 一个是根据相图(参见Russian Chemistry Bulletin 1961年，第10巻，第502页)，化学剂量比的YPS (Y203: SiO产l: 2) 在降温过程中会发生包晶反应；二是YPS在1535 1225'C的温度范围内存在5 (或6)个不 同的结构相(参见Journal of Solid State Chemistry 2000年，第16巻，第149页)，其中高温的4个相的变化关系为"< 1225'C 〉A;r^^;^ 1535。C 从该关系式可以看出YPS存在较复杂的相变关系，容易导致在原料的预烧结过程中料棒的粉碎，在晶体生长后的降温过 程中非常容易出现相变，进而导致晶体的多晶和开裂。以上这两个问题阻碍了 YPS的单晶 的生长和应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种。本专利技术采用如下技术方案解决上述技术问题一种，包括如下步骤1)配料将原料按照晶体组成比例配料后充分混合制得混合料；其中，所述步骤1)中的原料为Y20^nSi02，且Y203与SK)2的摩尔比例为1: 2~2.5;;或者所述原料为Y203、4Re元素的氧化物(其中Re代表稀土元素)和Si02，其中Re选自Ce、 Eu、 Sc、 Er、 La、 Ho、 Dy、 Lu和Gd中的一种或多种，且Y203、 Re元素的氧化物与Si02的摩尔比例为 0.95~0,999: 0.001~0.05: 2~2.5;2) 预烧结将步骤l)中制得的混合料压成料棒后在不高于1225'C的温度下进行预烧 结，然后经冷却后制得多晶棒；3) 晶体生长将多晶棒和籽晶安装在浮区炉中，密封并通入保护气体，然后升温至多 晶棒和籽晶融化，升温同时多晶棒和籽晶分别同向或反向转动，保温10 15分钟，接种，然 后经縮颈，放肩，等径生长及收尾进行晶体生长，在生长过程中，生长速度为3~20mm/h， 浮区长度为料棒直径的0.5~2倍；4) 降温晶体生长完毕后进行降温，在降温温过程中，在相变点温度(1535°C)以上 时，降温速率为30 5(TC/分钟，在相变点温度U535'C)以下时，降温速率为100~200°C/ 小时。较佳的，所述步骤l)中的原料在配料前还需要进行预烧，且所述预烧的具体步骤为 将原料在100 30(TC，空气气氛下进行预烧，预烧的目的是为了去除原料中的水分。本专利技术中所述的焦硅酸钇闪烁单晶的化学式为(RexU 2Si207，式中Re代表Ce、 Eu、 Sc、 Er、 La、 Ho、 Dy、 Lu或Gd等的一种或多种，优选为Ce， x的取值范围为0《x《0.05。较佳的，所述步骤l)中，Y203与Si02的比例为1: 2~2.1，进一步优选为l: 2 2.04。较佳的，所述步骤1)中，Y203、 Re元素的氧化物和Si02的比例为0.995~0.999: 0.001 0,005: 2~2.1，进一步优选为0.997 0.999: 0.001~0.003: 2~2.04。所述Re元素的氧化物选自Ce02、 Eu203、 Sc203、 Er203、 La203、 Ho203、 Dy203、LU203或Gcb03。较佳的，所述步骤2)中，将混合料压成料棒的具体歩骤为将混合料充分混合后装入(D5 10mm的橡皮管内密封，用等静压在80 300Mpa的压力下压成致密的料棒。较佳的，所述步骤2)中的预烧结温度为800~1225°C，优选为800 1200°C，预烧结时 间为5 100小时。较佳的，所述步骤3)中的保温温度为1760~1790°C，优选为1770~1775°C。较佳的，所述步骤3)中，晶体生长的具体步骤为将多晶棒用镍铬丝挂在浮区炉上端， 籽晶装在下端，装好后用石英管密封并通入保护气体，然后升温至料棒和籽晶融化，同时料 棒和籽晶分别同向或反向转动，转速为15 30rpm，转速进一步优选为15 20rpm保温10~15 分钟，接种；然后按预先设定的晶体形状，通过控制加热功率，进行縮颈，放肩，等径生长， 最后收尾，生长结束。优选的，所述保护气体为高纯氮气、氩气或者空气。优选的，所述步骤3)的晶体生长过程中，生长速度为5 10mm/h;浮区长度为料棒直 径的0.7~1.2倍，以保持较大的过冷度。本专利技术采取配料时避开计量比组分点的配料和在晶体生长过程中制造一个适当的过冷度，这两种方法一起来克服现有技术中存在的非一致熔融的问题。根据Y203 Si02相图可知，通过配料时避开计量比组分点的配料，可以降低组分点处液相线与固相线的温度差，通过在 晶体生长过程中制造适当过冷度的方法，可以使YPS在结晶时直接越过包晶反应。首先形 成的YPS单晶是最高温的S相，为了获得纯一相单晶，避免在降温过程中的相变，可以通 过采取在该温度区间适当快速的降温方式来实现，来保持在结晶过程中首先形成的S相。同 时，通过比较各种晶体生长方法的优缺点，发现浮区法在生长过程中可以方便地制造出较大 的过冷度，而且由于其采用的是卤素灯或电子束等加热方式，也能够方便地获得较快的降温 速率，所以浮区法是制备YPS单晶的有效方法。本专利技术的的技术关键在于配料时Si02适当过量， 避开转熔点；原料的合成时合成温度不能高于1225°C;熔区长度适当延长，保持较快的生 长速度，以获得较大的过冷度，避开转熔反应；在降温过程中，在1225'C以上采取快速降 温的方式防止相变的发生，可以获得单一的高温5-YPS相。对于YPS单晶的来说，其Ce 掺杂的YPS:Ce晶体具有Ce掺杂稀土硅酸盐发光材料中的最快衰减时间，而且￥203和Si02 原料的成本也较低。会在一些需要快衰减闪烁晶体材料的领域有很大的应用价值。附图说明图1为纯YPS晶体粉末的XRD图谱。图2为YPS: Ce晶体的在紫外激发下的衰减时间谱(室温)。 图3为YPS : Ce晶体的X射线激发发射谱(室温)。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的技术方案。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。本专利技术的实施例1~8中使用的浮区炉的型号均为FZ-T-4000-H Crystal Systems Corporation 。实施例l纯YPS单晶的生长(1) 原料纯度为4N的Si02和Y203，空气气氛下在20(TC预烧原料，除去原料中的 H20禾卩C02，按Y203为100mol%， Si02为205mol。/。的摩尔百分比配料。(2) 将原料充分混合后装入OlOmm的橡皮管内密封，用等静压在100Mpa的压力下压 成较致密的料棒，然后用Pt丝将其吊在马弗炉内进行预烧结。烧结温度120(TC，烧结时间 为20小时，制得多晶棒。(3) 将多晶棒用镍铬丝挂在浮区炉上端，籽晶装在下端，装好后用石英管密封并通入 氩气，然后升温至料棒和籽晶融化，同时料棒和籽晶分别向相反方向转动，转速本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种焦硅酸钇闪烁单晶的浮区法生长方法，包括如下步骤： １）配料：将原料按照晶体组成比例配料后混合均匀制得混合料； ２）预烧结：将步骤１）中制得的混合料压成料棒后进行预烧结后制得多晶棒； ３）晶体生长：将多晶棒和籽晶安装在浮区炉中，密封并通入保护气体，然后升温至多晶棒和籽晶融化，升温同时多晶棒和籽晶分别同向或反向转动，保温，接种；然后进行晶体生长； ４）降温：晶体生长完毕后进行降温，在降温过程中，在相变点温度以上时，降温速率为３０～５０℃／分钟，在相变点温度以下时，降温速率为１００～２００℃／小时。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：冯鹤，丁栋舟，任国浩，潘尚可，陆晟，张卫东，
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]
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