Способ выращивания монокристаллов типа кдр

 

Изобретение относится к выращиванию монокристаллов и может быть использовано для скоростного выращивания водно-растворимых кристаллов для нелинейной оптики. Целью изобретения является увеличение скорости роста кристаллов. Выращивание кристаллов ведут при постоянной скорости роста кристалла из точечной затравки Т-образной формы, жестко закрепленной в углублении платформы, путем увеличения пересыщения при снижении температуры водного раствора в соответствии с зависимостью. При этом раствор предварительно перегревают при температуре 75-80^oC в течение 1-3 сут в условиях непрерывного перемешивания. Скорость роста кристаллов до 40 мм/сут. 3 ил.

Изобретение относится к выращиванию монокристаллов и может быть использовано для скоростного выращивания водно-растворимых кристаллов для нелинейной оптики. Целью изобретения является увеличение скорости роста кристаллов. На фиг. 1 изображена затравка Т-образной формы; на фиг. 2 зависимость относительного пересыщения σ от температуры раствора T и скорости роста, где кривая 1 соответствует скорости роста кристалла 10 мм/сут, кривая 2 20 мм/сут, кривая 3 30 мм/сут, кривая 4 40 мм/сут; на фиг. 3 кривые снижения температуры T во времени t, где кривая 5 соответствует примеру 1, кривая 6 примеру 2. Сущность способа заключается в том, что затравку, имеющую форму, показанную на фиг. 1, жестко укрепляют, например с помощью эпоксидного клея, в отверстии платформы из оргстекла так, чтобы верхняя часть кристалла свободно лежала на поверхности платформы. Раствор готовят на бидистиллированной воде из соли марки "ХЧ" или "ОСЧ" и вымешивают при температуре, на 8-10^oC превышающей температуру насыщения раствора до полного растворения соли, затем фильтруют с помощью фильтров с диаметром пор не менее 0,2 мкм, измеряют температуру насыщения с точностью 0,1^oC, помещают в герметичный сосуд и вымешивают при температуре 75-80^oC и скорости вращения мешалки 60-70 об/мин в течение 1-3 сут. Затем раствор охлаждают до температуры, на 5-7^oC превышающей температуру насыщения, и заливают в кристаллизатор с затравкой, предварительно прогретый до той же температуры, включают вращение затравки со скоростью 60-70 об/мин, охлаждают раствор до температуры, соответствующей 3-5% относительно пересыщения, и после полного огранения затравки включают устройство, вращающее магнитную головку контактного термометра с заданной скоростью. Снижение температуры раствора проводится в соответствии с зависимостью 1 для постоянной скорости роста кристалла R. s = A·exp(B/T), (1) где A=2,84·10^-4-4,86·10^-6·R; B=3010+21 R; σ относительное пересыщение раствора. Кроме того s можно представить в виде где M=V·ρ масса кристалла, г; V объем кристалла, см³; r плотность кристалла г/см³; P_р и P_с исходные веса раствора и соли соответственно, г; C₀=a+bT разновесная концентрация при температуре T, г соли/г раствора. Для КДР a=-0,799 г_с/г_р-ра; b=0,00335 г_с/г_р-ра·K; ρ = 2,338 г/см³
Для ДКДР (X=0,9) a=-0,844 г_с/г_р-ра; b=0,0037 г_с/г_р-ра·K; ρ = 2,356 г/см³
Объем кристалла в момент измерения t вычисляется по его размерам, определяемым с помощью ортогональной сетки на платформе и катетометра. На следующий отрезок времени Δt (например, сутки), зная скорость роста R, можно вычислить предполагаемый объем V и из уравнения

получить температуру T_x, до которой нужно снизить температуру для роста кристалла с R=const за время Δt Уравнение 3 решается любым численным методом (метод простых итераций или метод деления отрезка пополам) с помощью программируемого калькулятора или ЭВМ. В момент следующего измерения t + Δt вся процедура повторяется. Пример 1. Выращивание кристалла КДР проводят из соли марки "ХЧ для монокристаллов". Используют кристаллизатор объемом около 5 л, помещенный в водяной термостат. Раствор концентрации 31,7% что соответствует температуре насыщения 60^oC, готовят вымешиванием с солью при температуре 70^oC до полного растворения соли, потом фильтруют через лавсановый фильтр с диаметром пор 0,2 мкм, измеряют температуру насыщения и вымешивают при 80^oC и скорости вращения мешалки 60 об/мин в течение 3 сут. Затем раствор охлаждают до 66^oC, заливают в кристаллизатор с затравкой, нагретой до этой же температуры, включают вращение затравки со скоростью 60 об/мин и раствор охлаждается до 55^oC, после чего температура снижается в соответствии с кривой 5 на фиг. 3. Скорость роста кристалла поддерживается равной 20 мм/сут до комнатной температуры, затем с уменьшением пересыщения она начинает падать, на 4 сут раствор сливается и кристалл снимается. Его размеры 80х86х86 мм и вес 900 г. Пример 2. Для выращивания кристалла дидейтерофосфата калия (ДКДР) используется соль марки "ОСЧ". Выращивание проводится в таком же кристаллизаторе, фильтрация, скорости вращения мешалки и платформы с затравкой те же, что и в примере 1. Раствор концентрации 36,5% (температура насыщения 55^oC) вымешивают при 75^oC в течение 2 сут. Охлажденный до 60^oC раствор заливается в кристаллизатор с затравкой, нагретой до этой же температуры, включают вращение затравки и раствор охлаждается до температуры 50,6^oC, при которой происходит огранение затравки, после чего температура снижается в соответствии с кривой 6 на фиг. 3. Кристалл растет со скоростью 10 мм/сут. Его размеры 75х84х84 мм и вес 840 г. В таблице приведены сравнительные данные по росту кристаллов КДР предложенным способом и по прототипу.

Формула изобретения

Способ выращивания монокристаллов типа КДР, включающий приготовление исходного водного раствора соли КДР, перегрев его выше температуры насыщения и кристаллизацию на затравку, укрепленную в платформе, путем снижения температуры раствора, отличающийся тем, что, с целью увеличения скорости роста кристаллов, перегрев раствора ведут при 75 80^oС в течение 1 3 сут при перемешивании, затравку берут Т-образной формы, а снижение температуры при кристаллизации проводят в соответствии с зависимостью
A·exp(B/T_x)-(P_с-V·ρ)/(a+b·T_x)·(P_р-V·ρ)+1=0,
где А 2,84 · 10^-4 4,86 · 10^-6 · R;
В 3010 + 21 · R;
R постоянная скорость роста кристалла, мм/сут;
Р_с и Р_р исходный вес соли и раствора соответственно, г;
V объем кристалла, см³;
ρ - плотность кристалла, г/см³;
а и b коэффициенты температурной зависимости растворимости соли;
Т_х текущая температура раствора, К.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4