Способ получения монокристаллов ортогерманата висмута (bi4 (ge3o4)3)

 

Способ получения монокристаллов ортогерманата висмута Bi₄Ge₃O₁₂, включающий синтез из исходных оксида висмута (III) и оксида германия (IV), расплавление полученной шихты и выращивание монокристаллов направленной кристаллизацией на ориентированную затравку, отличающийся тем, что, с целью упрощения, интенсификации и удешевления процесса при сохранении сцинтилляционных характеристик монокристаллов, синтез проводят гидротермальным методом в 3 - 7,5%-ном растворе фтористого аммония при следующем соотношении исходных оксидов, мол.%: Оксид висмута (III) - 30 - 45 Оксид германия (IV) - 55 - 70

Изобретение относится к технологии получения монокристаллов соединений со структурой эвлитина, в частности монокристаллов ортогерманата висмута Bi₄Ge₃O₁₂, которые широко используются в качестве сцинтилляционных детекторов гамма-излучения, электронов, мезонов и других элементарных частиц в ядерной физике, гамма-астрономии, космических исследованиях, геофизике (гамма-каротаж скважин при разведке месторождений полезных ископаемых), в ядерной медицине (рентгеновская и позитронная компьютерная томография). Цель изобретения упрощение, интенсификация и удешевление процесса при сохранении сцинтиляционных характеристик монокристаллов. Способ осуществляют следующим образом. Исходную смесь оксидов висмута Bi₂O₃ (30-45 мол.) и германия GeO₂ (70-55 мол.) квалификации "х.ч." предварительно обрабатывают в автоклаве в 3-7,5%-ном водном растворе NH₄F при температуре в зоне растворения 250-310^oC, давлении 300-1500 кг/см² и температурном перепаде между зоной растворения и зоной роста 10-40^oC. Полученные в результате кристаллы ортогерманата висмута Bi₄Ge₃O₁₂ спонтанного зарождения промывают дистиллированной водой, просушивают и затем используют в качестве шихты для выращивания монокристаллов направленной кристаллизацией. Максимальная температура 310^oC в зоне растворения определяется термической стойкостью фторопластовой футеровки автоклава. П р и м е р. Получение кристаллов ортогерманата висмута спонтанного зарождения проводят в автоклаве емкостью 0,35 л. Автоклав разделен в средней части перфорированной диафрагмой на зону растворения и зону роста. В зону растворения помещают шихту, состоящую из 75,0 г оксида висмута (приблизительно 40 мол.) и 25,0 оксида германия (приблизительно 60 мол.). Затем заливают 0,25 л растворителя водный раствор NH₄F с концентрацией, равной 7,5 мас. Процесс проводят при температуре в зоне растворения 310^oC, в зоне роста 270^oC и давлении 300-1500 кг/см². В результате получают бесцветные кристаллы ортогерманата висмута спонтанного зарождения и выходом 100% от количества исходной смеси реактивов. Кристаллы промывают дистиллированной водой, просушивают, затем плавят на воздухе в платиновом тигле и из этого расплава на ориентированную затравку методом Чохральского при скорости вытягивания 3 мм/ч и скорости вращения 40-30 об/мин выращивают монокристаллы ортогермания висмута диаметром 20-40 мм и длиной до 250 мм. Выход монокристаллов составляет 80-90% от количества исходной шихты. Примеры сведены в табл. 1. Сравнение основных сцинтиляционных свойств монокристаллов Bi₄Ge₃O₁₂, полученных при воспроизведении способа-прототипа и по предлагаемому способу, а также характеристики используемых исходных реактивов приведены в табл. 2. Из табл. 2 следует, что применение предлагаемого способа получения монокристаллов ортогерманата висмута позволяет устранить неполное взаимодействие исходных компонентов, длительный отжиг при высоких температурах, отклонения от стехиометрического состава в результате испарения компонентов при отжиге, повысить эффективность технологического процесса (в процессе гидротермального синтеза наряду с образованием кристаллов Bi₄Ge₃O₁₂ спонтанного зарождения, состав которых точно соответствует стехиометрическому, происходит глубокая очистка от примесей, содержащихся в исходных компонентах), устранить некоторые промежуточные операции (например, прокалку исходных компонентов до постоянного веса, тщательную перетирку смеси оксидов для обеспечения ее однородности, выдержку расплава до начала выращивания кристалла), существенно снизить требования к чистоте исходных компонентов при сохранении сцинтилляционных характеристик кристаллов на том же уровне.

Формула изобретения

Способ получения монокристаллов ортогерманата висмута Bi₄Ge₃O₁₂, включающий синтез из исходных оксида висмута (III) и оксида германия (IV), расплавление полученной шихты и выращивание монокристаллов направленной кристаллизацией на ориентированную затравку, отличающийся тем, что, с целью упрощения, интенсификации и удешевления процесса при сохранении сцинтилляционных характеристик монокристаллов, синтез проводят гидротермальным методом в 3 7,5% -ном растворе фтористого аммония при следующем соотношении исходных оксидов, мол. Оксид висмута (III) 30 45 Оксид германия (IV) 55 70

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2