專(zhuān)利名稱(chēng)：一種大口徑高質(zhì)量磷酸二氫鉀單晶生長(zhǎng)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及晶體生長(zhǎng)，尤其是涉及大口徑(> 350mm)高質(zhì)量磷酸二氫鉀(KH2P04，簡(jiǎn)稱(chēng)KDP)單晶體的降溫生長(zhǎng)。
背景技術(shù)：
KDP晶體是一種優(yōu)良的非線(xiàn)性光學(xué)材料，主要應(yīng)用于激光二、三、四次倍頻，尤其是優(yōu)質(zhì)的大尺寸KDP晶體，目前已被國(guó)際上列為激光核聚變頻率轉(zhuǎn)換的唯一實(shí)用材料，也是當(dāng)今國(guó)際晶體生長(zhǎng)研究的熱點(diǎn)課題。至今國(guó)內(nèi)仍延用傳統(tǒng)的降溫方法進(jìn)行大口徑單晶生長(zhǎng)。 大口徑KDP晶體降溫法生長(zhǎng)是在一個(gè)小1200X1600mm，容積為1. 5噸的圓柱形不銹鋼晶體生長(zhǎng)缸里進(jìn)行。生長(zhǎng)設(shè)備如圖1所示，其中1為晶體生長(zhǎng)缸2為缸蓋3為載晶架安裝孔4為操作孔5為缸體的支腳6為觀(guān)察窗口 7為燈光照明窗口 8為恒溫水浴缸9為水浴缸觀(guān)察窗10為水浴缸的攪拌器11為水浴缸的加熱器12為工程塑料外套。缸蓋3由蓋法蘭2-l、法蘭密封圈2-2組成；生長(zhǎng)時(shí)大口徑KDP板狀籽晶14倒放固定在載晶架13上放入晶體生長(zhǎng)缸1的飽和KDP生長(zhǎng)溶液16里成錐15生長(zhǎng)。為了保證生長(zhǎng)大口徑(> 350mm)KDP晶體，飽和溶液有足夠的鹽折出量，一般飽和溶液的飽和溫度為60-70°C。
以往的傳統(tǒng)大口徑KDP晶體生長(zhǎng)其工藝控制條件為籽晶成錐保持降溫速率為0. 2°C /天，成錐完成后保持降溫速率為0. TC /天，按照"加速_正轉(zhuǎn)_減速_停轉(zhuǎn)_加速_反轉(zhuǎn)_減速_停轉(zhuǎn)"循環(huán)順序，時(shí)間間隔為"10秒-60秒-10秒-15秒-10秒-60秒-10秒-15秒"的模式轉(zhuǎn)動(dòng)籽晶，保持正反轉(zhuǎn)速率為90-120轉(zhuǎn)/分。在這樣的控制條件下，籽晶成錐保持降溫速率為0. 2°C /天，降溫量太大容易造成過(guò)飽和度的累積增大，很容易出現(xiàn)"拉錐"現(xiàn)象，如圖2所示，籽晶成錐的時(shí)間大大，延長(zhǎng)KDP晶體的生產(chǎn)周期，而且晶體的各個(gè)晶面容易出現(xiàn)白紋，影響成品質(zhì)量。在漫長(zhǎng)的晶體透明層生長(zhǎng)過(guò)程中，不可避免地產(chǎn)生水分蒸發(fā)流失，應(yīng)控制低的降溫速率，降溫速率為0. rc /天也會(huì)造成溶液過(guò)飽和度的累積，破壞晶體錐面的生長(zhǎng)，而且隨著向下生長(zhǎng)，晶體生長(zhǎng)面增大，不能采用固定的降溫模式，造成晶體尖化，如圖3所示。在晶體透明層生長(zhǎng)過(guò)程中，各個(gè)柱面和錐面生長(zhǎng)速度的不同，如圖4所示，晶體的重量中線(xiàn)和晶體的轉(zhuǎn)動(dòng)中軸線(xiàn)不重合，晶體轉(zhuǎn)動(dòng)模式中加速、減速和停轉(zhuǎn)時(shí)間隔太短和正反轉(zhuǎn)速率太快，晶體的內(nèi)部產(chǎn)生剪切力，容易開(kāi)裂。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明采用一種新的大口徑高質(zhì)量KDP晶體生長(zhǎng)的工藝控制方法，在板狀籽晶開(kāi)始成錐時(shí)，加過(guò)飽和度0. 5°C，即初始生長(zhǎng)溫度下降到溶液飽和點(diǎn)下0. 5t:開(kāi)始成錐，這樣可以有效防止板狀籽晶成雙錐現(xiàn)象，如圖5所示，延長(zhǎng)了籽晶閉錐時(shí)間。籽晶成錐過(guò)程中，控制降溫速率為0. 05°C /天，防止過(guò)飽和度的累積增大和晶體外表面透明層出現(xiàn)白紋。籽晶閉錐后，晶體進(jìn)入透明層生長(zhǎng)，由于晶體透明層生長(zhǎng)時(shí)間較長(zhǎng)，在容積為1. 5噸的圓柱形不銹鋼晶體生長(zhǎng)缸生長(zhǎng)不可避免地產(chǎn)生水分蒸發(fā)流失，應(yīng)控制低的降溫速率，防止溶液過(guò)飽和度的累積，破壞晶體錐面的生長(zhǎng)。同時(shí)晶體向下生長(zhǎng)，晶體生長(zhǎng)面增大，不能采用固定的降溫模式，造成晶體尖化。針對(duì)上述情況，在晶體透明層生長(zhǎng)過(guò)程中采用分階段降溫模式，晶體閉錐至5(TC，保持降溫速率0. 05°C /天；5(TC至35t:，保持降溫速率0. 1°C /天，35t:至室溫，保持降溫速率o. 15t:/天。晶體轉(zhuǎn)動(dòng)模式按照"加速-正轉(zhuǎn)-減速-停轉(zhuǎn)-加
速_反轉(zhuǎn)_減速_停轉(zhuǎn)"循環(huán)順序，時(shí)間間隔為"20秒-60秒-20秒-20秒-20秒-60秒-20秒-20秒"的模式轉(zhuǎn)動(dòng)籽晶，保持正反轉(zhuǎn)速率為40-60轉(zhuǎn)/分，延長(zhǎng)加速、減速和停轉(zhuǎn)時(shí)間至20秒，降低正反轉(zhuǎn)速率，晶體轉(zhuǎn)動(dòng)更為平穩(wěn)。 采用新的晶體生長(zhǎng)的工藝控制方法，生長(zhǎng)出的KDP晶體如圖6所示，晶體成錐角度為45° ，不出現(xiàn)拉錐現(xiàn)象，晶體成錐后柱面和錐面完全沒(méi)有出現(xiàn)白紋和添晶，四個(gè)錐面生長(zhǎng)速度相當(dāng)，不出現(xiàn)大小面，有效地提高KDP晶體質(zhì)量，增加晶體生長(zhǎng)成功率。晶體向下生長(zhǎng)速度比以往工藝條件下快，縮短晶體生長(zhǎng)周期。


圖1為小1200X 1600mm圓柱形不銹鋼晶體生長(zhǎng)缸。 圖2為KDP晶體"拉錐"現(xiàn)象 圖3為KDP晶體生長(zhǎng)尖化現(xiàn)象。 圖4為KDP晶體生長(zhǎng)中形成大小錐面現(xiàn)象。 圖5為KDP晶體成"雙錐"現(xiàn)象。 圖6為采用新的晶體生長(zhǎng)的工藝控制方法生長(zhǎng)出的KDP晶體。
具體實(shí)施例方式
在尺寸為小1200X1600mm晶體生長(zhǎng)缸(2)中，加入750Kg的上海試劑二廠(chǎng)出產(chǎn)的AR級(jí)的KDP粉料，再加入1. 5噸經(jīng)過(guò)密理博超純過(guò)濾系統(tǒng)過(guò)濾形成的超純水，其電導(dǎo)率達(dá)18. 2M Q cm，配制成飽和點(diǎn)為61. 0°C的飽和KDP生長(zhǎng)溶液后，升溫至75°C ，過(guò)熱恒溫24小時(shí)。將一塊尺寸為360X 360X 20mm的板狀KDP籽晶倒扣在載晶架上，在75。C下烘24小時(shí)后，引入KDP飽和溶液中將溫度降至60. 5°C ，設(shè)定降溫速率0. 05°C /天，成錐生長(zhǎng)。晶體轉(zhuǎn)動(dòng)模式按照"加速_正轉(zhuǎn)_減速_停轉(zhuǎn)_加速_反轉(zhuǎn)_減速_停轉(zhuǎn)"循環(huán)順序，時(shí)間間隔為"20秒-60秒-20秒-20秒-20秒-60秒-20秒-20秒"的模式轉(zhuǎn)動(dòng)籽晶，保持正反轉(zhuǎn)速率為40-60轉(zhuǎn)/分。60天后晶體完整閉錐，生長(zhǎng)溫度為57. 5t:，采用分階段降溫模式，57. 5°C至50°C ，保持降溫速率0. 05°C /天；50°C至35°C ，保持降溫速率0. 1°C /天，35°C至室溫，保持降溫速率0. 15°C /天，晶體進(jìn)入透明層生長(zhǎng)，如圖6所示，向下生長(zhǎng)速度2mm/天。
權(quán)利要求
一種大口徑高質(zhì)量磷酸二氫鉀單晶生長(zhǎng)方法，包括如下步驟(1)在籽晶成錐時(shí)，初始生長(zhǎng)溫度下降到溶液飽和點(diǎn)下0.5℃開(kāi)始成錐，控制降溫速率為0.05℃/天至籽晶閉錐；(2)籽晶閉錐后，采用分階段降溫模式，晶體閉錐至50℃，保持降溫速率0.05℃/天；50℃至35℃，保持降溫速率0.1℃/天，35℃至室溫，保持降溫速率0.15℃/天；(3)晶體轉(zhuǎn)動(dòng)模式按照“加速-正轉(zhuǎn)-減速-停轉(zhuǎn)-加速-反轉(zhuǎn)-減速-停轉(zhuǎn)”循環(huán)順序，時(shí)間間隔為“20秒-60秒-20秒-20秒-20秒-60秒-20秒-20秒”的模式轉(zhuǎn)動(dòng)籽晶，正反轉(zhuǎn)速率為40-60轉(zhuǎn)/分。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種大口徑高質(zhì)量磷酸二氫鉀單晶生長(zhǎng)方法。該方法包括如下步驟在籽晶成錐時(shí)，初始生長(zhǎng)溫度下降到溶液飽和點(diǎn)下0.5℃開(kāi)始成錐，控制降溫速率為0.05℃/天；籽晶閉錐后，采用分階段降溫模式，晶體閉錐至50℃，保持降溫速率0.05℃/天；50℃至35℃，保持降溫速率0.1℃/天，35℃至室溫，保持降溫速率0.15℃/天；晶體轉(zhuǎn)動(dòng)模式按照“加速-正轉(zhuǎn)-減速-停轉(zhuǎn)-加速-反轉(zhuǎn)-減速-停轉(zhuǎn)”循環(huán)順序，時(shí)間間隔為“20秒-60秒-20秒-20秒-20秒-60秒-20秒-20秒”的模式轉(zhuǎn)動(dòng)籽晶，保持正反轉(zhuǎn)速率為40-60轉(zhuǎn)/分。
文檔編號(hào)C30B7/08GK101775651SQ200810071779
公開(kāi)日2010年7月14日 申請(qǐng)日期2009年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月9日
發(fā)明者莊欣欣, 李國(guó)輝, 李征東, 林秀欽, 蘇根博, 賀友平 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所