Способ выращивания монокристаллов калий-бариевого молибдата


 


Владельцы патента RU 2540555:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт неорганической химии им. А.В. Николаева Сибирского отделения Российской академии наук (RU)

Изобретение относится к области химической технологии, а именно к выращиванию кристаллов калий-бариевого молибдата K2Ва(МоО4)2 из раствора-расплава K2Ва(МоО4)2 для исследования физических свойств и практического использования. В качестве растворителя используют молибдат калия K2MoO4,, при мольном соотношении калий-бариевого молибдата и молибдата калия K2MoO4, равном 1:2, соответственно, кристаллизацию ведут на затравку, вытягиваемую со скоростью от 1 до 2 мм/сутки и вращающуюся со скоростью 30-40 об/мин, ориентированную по направлению [001], охлаждение расплава ведут со скоростью от 0,2 до 3 град/сутки, а охлаждение кристаллов со скоростью 20 град/сутки. Предлагаемый способ позволяет получить оптически однородные кристаллы K2Ва(МоО4)2, без включений, блоков и трещин, крупных размеров (25×15 мм). 1 пр.

 

Изобретение относится к области химической технологии, а именно к выращиванию монокристаллов и касается получения крупных оптически однородных кристаллов калий-бариевого молибдата K2Ва(MoO4)2.

В работе (А.С. Трунин, Г.Е. Штерн, В.Н. Сережкин «Система K, Ва || F, MoO4», Ж. неорган. химии. 20 (1975) 2209-2213) исследована фазовая диаграмма системы K2МоО4 - BaMoO4, в которой образуется единственное соединение - K2Ва(MoO4)2. Установлено, что K2Ва(MoO4)2 относится к структурному типу пальмерита (тригональная сингония, пр. гр. R 3 ¯ m ), плавится инконгруэнтно (с разложением) при 1067°С, в связи с чем не могут быть получены в виде объемных кристаллов обычным методом Чохральского из стехиометрического расплава. Таким образом, выращивание однородных кристаллов возможно только из систем, содержащих растворитель, т.е. из высокотемпературного раствора-расплава.

В работе (И.А. Гудкова, З.А. Солодовникова, С.Ф. Солодовников и др. «Фазообразование в системах Li2MoO4-K2MoO4-MMoO4 (М = Са, Pb, Ва) и кристаллическая структура α-KLiMoO4», Ж. неорган. химии. 2011. Т. 56, №9. С. 1517-1526) сообщается о кристаллизации из раствора-расплава кристаллов K2Ва(MoO4)2 в виде гексагональных пластинок, размеры которых не превышают несколько миллиметров, которая является наиболее близким аналогом. В качестве растворителя использовался димолибдат калия K2Mo2O7. Однако информацию о соотношении компонентов раствора-расплава и параметрах процесса кристаллизации авторы не указывают.

Задачей изобретения является выращивание кристаллов калий-бариевого молибдата размером более 1 см3 при сохранении их оптического качества.

Поставленная задача достигается тем, что в способе выращивания кристаллов калий-бариевого молибдата из раствора-расплава, K2Ва(MoO4)2, в качестве растворителя используют молибдат калия K2MoO4, при мольном соотношении калий-бариевого молибдата и молибдата калия K2MoO4, равном 1:2, соответственно, кристаллизацию ведут на затравку вытягиваемую со скоростью от 1 до 2 мм/сутки и вращающуюся со скоростью 30-40 об./мин, ориентированную по направлению [001], охлаждение расплава ведут со скоростью от 0,2 до 3 град/сутки, а охлаждение кристаллов со скоростью 20 град/сутки.

Отличительными признаками предлагаемого способа является:

- в качестве растворителя используют молибдат калия K2MoO4,

- соотношение калий-бариевого молибдата и молибдата калия 1:2,

- ориентировка затравки по направлению [001],

- параметры роста и охлаждения кристаллов (υвыт=1 до 2 мм/сутки., ωвращ=30-40 об/мин, υохл. расплава =0,2 до 3 град/сутки, υохл. кристалла=20 град/час).

Использование таких заданных параметров выращивания позволяет получить крупные оптически однородные монокристаллы калий-бариевого молибдата K2Ва(MoO4)2.

Мольное соотношение компонентов K2Ва(MoO4)2 и K2MoO4, равное 1:2 (33:66 мол. %). Выбор данного мольного соотношения компонентов системы обусловлен наилучшим условием роста кристалла (вязкость раствора-расплава).

Выбор молибдата калия обусловлен тем, что при использовании этого растворителя получаются более однородные, без включений, кристаллы, (лучшего качества).

Ориентация затравки по направлению [001] обеспечивает при данных условиях образование наиболее симметричных и однородных кристаллов по сравнению с другими кристаллографическими ориентациями.

Оптимальные условия роста кристаллов: скорость вытягивания затравки от 1 до 2 мм/сутки обусловлены тем, что вытягивание затравки при выращивании кристалла со скоростью, большей чем 2 мм/сутки, не соответствует скорости устойчивого однородного роста кристалла в данных условиях. Снижение скорости вытягивания меньше 1 мм/сутки нецелесообразно, так как это приводит к увеличению времени процесса. Вращение затравки с заданной скоростью (30-40 об/мин) способствует равномерному росту, что позволяет избежать появления дефектов в кристалле, которые влияют на его оптические свойства.

Охлаждение раствора-расплава массой 180 г со скоростью от 0,2 до 3 град/сутки, обусловлено тем, что уменьшение скорости охлаждения ниже 0,2 град/сутки в начале процесса приводит к уменьшению массовой скорости кристаллизации, уменьшению размеров выращиваемого кристалла и увеличению времени процесса. Увеличение скорости охлаждения выше 3 град/сутки в конце приводит к образованию концентрационного переохлаждения и, как следствие, захвату растворителя, образованию блоков и других дефектов. Выращенные кристаллы отделяют от раствора-расплава и медленно охлаждают до комнатной температуры, что позволяет снять термическое напряжение в кристалле и предотвращает их растрескивание. Скорость охлаждения зависит от размера кристалла.

Управление процессом роста кристалла на всем его протяжении осуществляют автоматически (весовой регулятор поперечного сечения).

Пример.

В платиновый тигель диаметром 70 мм и высотой 85 мм помещают смесь соединений K2Ba(MoO4)2 и K2MoO4, синтезированных известным способом путем (твердофазный синтез) из K2CO3, BaCO3, MoO3, при этом K2Ba(MoO4)2 - 96.37 г и K2MoO4 - 85.73 г, или в соотношении 1:2, что соответствует концентрации раствора-расплава 33 мол.%. Смесь расплавляют при 1005°C на воздухе в резистивной печи установки для выращивания кристаллов. Для гомогенизации раствор-расплав перемешивают платиновой мешалкой, затем температуру понижают до точки равновесия кристалла с раствором-расплавом для данной концентрации K2Ba(MoO4)2 (990°C) и к поверхности расплава подводят вращающуюся (30-40 об/мин) затравку, ориентированную по направлению [001].

После установления температуры, при которой наблюдается начало заметного роста затравки, осуществляют вытягивание затравки со скоростью 1-2 мм/сутки, одновременно понижают температуру раствора-расплава с начальной скоростью 0,2 град/сутки в соответствии с заданной программой весового регулятора поперечного сечения кристалла.

В процессе выращивания при увеличении массы кристалла скорость вытягивания плавно уменьшают до 1 мм/сутки, а скорость охлаждения увеличивают до 3 град./сутки в соответствии с графиком растворимости кристаллов K2Ba(MoO4)2 в расплаве K2MoO4.

За 18 суток выращивают монокристалл калий-бариевого молибдата весом 10 г размерами: длиной (конус + цилиндр) до 25 мм и диаметром до 15 мм оптического качества. По окончании процесса выращивания монокристалл отделяют от раствора-расплава и охлаждают до комнатной температуры со скоростью 20 град/час.

Оптическое качество выращенных кристаллов определяют под микроскопом визуально. В кристалле отсутствуют включения другой фазы, не выявлены блоки и другие дефекты.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет получить оптически однородные кристаллы калий-бариевого молибдата, K2Ba(MoO4)2, не содержащих включений, блоков и трещин, размерами 25×15 мм, достаточными для исследования физических свойств и практического использования.

Способ выращивания кристаллов калий-бариевого молибдата из раствора-расплава, К2Ва(MoO4)2, отличающийся тем, что в качестве растворителя используют молибдат калия K2MoO4,, при мольном соотношении калий-бариевого молибдата и молибдата калия K2MoO4, равном 1:2, соответственно, кристаллизацию ведут на затравку, вытягиваемую со скоростью от 1 до 2 мм/сутки и вращающуюся со скоростью 30-40 об/мин, ориентированную по направлению [001], охлаждение расплава ведут со скоростью от 0,2 до 3 град/сутки, а охлаждение кристаллов со скоростью 20 град/сутки.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к неорганической химии. Способ синтеза тетрагональных теллуридов железа и теллуридов железа, легированных селеном и/или серой, включает размещение в одном конце герметичной ампулы шихты из теллура, селена, серы и железа, заполнение ее смесью эвтектического состава из различных комбинаций хлоридов натрия, калия, рубидия и цезия, нагрев ампулы с градиентом температур от величины 600-790°С со стороны размещения шихты до температуры, уменьшенной на 30-100°С с противоположной стороны, в течение времени, обеспечивающего перенос шихты в противоположный конец ампулы.
Изобретение относится к области химической технологии и касается получения объемных кристаллов состава Li8Bi2(MoO4)7. Кристаллы выращивают из раствора-расплава литий-висмутового молибдата в растворителе путем кристаллизации при постепенном охлаждении расплава и выращенных кристаллов, при этом в качестве растворителя используют эвтектическую смесь, содержащую 47 мол.

Изобретение относится к выращиванию крупных кристаллов, предназначенных для использования в приборах квантовой электроники. Способ выращивания кристалла методом Киропулоса из расплава или из раствор-расплава включает рост кристалла на затравку, зафиксированную в кристаллодержателе и расположенную сверху в центральной точке поверхности расплава, разращивание кристалла в ростовом тигле при медленном снижении температуры и охлаждение выросшего кристалла, при этом по окончании ростового цикла оставшийся в тигле расплав или раствор-расплав сливают через нагретую с помощью дополнительного нагревателя трубку, расположенную в донной части тигля, а выросший кристалл, сохраняющий свое положение после окончания ростового цикла, охлаждают в тигле, освобожденном от расплава.

Изобретение относится к технологии выращивания кристаллов литий-магниевого молибдата Li2Mg2(MoO 4)3. .

Изобретение относится к технологии выращивания полупроводниковых материалов и может быть использовано для получения монокристаллов нитрида галлия, а также твердых растворов на его основе.
Изобретение относится к технологии получения объемных кристаллов александрита, которые могут быть использованы в качестве высококачественного сырья для изготовления оптических элементов лазерных систем.
Изобретение относится к технологии получения монокристаллов высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП) типа «123», необходимых для проведения экспериментальных исследований фундаментальных свойств ВТСП, а также изготовления приборов и устройств сверхпроводниковой электроники.

Изобретение относится к способам получения кристаллов, а именно к способу получения монокристаллов хризоберилла и его разновидностей, в том числе его хромсодержащей разновидности - александрита, и может быть использовано для получения высококачественного ограночного сырья в ювелирной промышленности и для изготовления элементов квантовой электроники.

Изобретение относится к технологиям производства объемных монокристаллов и может быть использовано при управляемом раствор-расплавном выращивании кристаллов веществ, например сложных окислов.

Изобретение относится к области получения монокристаллов, в частности к способу получения раствор-расплавов для выращивания монокристаллов -ВаВ2О4 (ВВО) во флюсе. .
Изобретение относится к области химической технологии и касается получения объемных кристаллов состава Li8Bi2(MoO4)7. Кристаллы выращивают из раствора-расплава литий-висмутового молибдата в растворителе путем кристаллизации при постепенном охлаждении расплава и выращенных кристаллов, при этом в качестве растворителя используют эвтектическую смесь, содержащую 47 мол.

Изобретение относится к технологии выращивания кристаллов литий-магниевого молибдата Li2Mg2(MoO 4)3. .

Изобретение относится к получению монокристалла -BaB2O4(ВBO), применяемого для преобразования частоты лазерного излучения. .
Изобретение относится к области химической технологии и касается получения объемных кристаллов состава Li8Bi2(MoO4)7. Кристаллы выращивают из раствора-расплава литий-висмутового молибдата в растворителе путем кристаллизации при постепенном охлаждении расплава и выращенных кристаллов, при этом в качестве растворителя используют эвтектическую смесь, содержащую 47 мол.

Изобретение относится к технологии выращивания кристаллов литий-магниевого молибдата Li2Mg2(MoO 4)3. .

Изобретение относится к области выращивания из расплава нелегированных кристаллов вольфрамата натрия-висмута NaBi(WO 4)2, являющегося перспективным материалом для Черепковских детекторов.

Изобретение относится к новому соединению класса оптических материалов - ахроматоров на основе неорганических кристаллических соединений, конкретно к сложным кальциевым тетрагерманатам эрбия и иттрия состава ЕrхY2-xCaGe4 O12, где 0.1<х0.3, которые могут быть использованы в фотонике в качестве оптической среды для преобразования монохроматического излучения лазера с длиной волны 975+/-5 нм в полосу от 1483 нм до 1654 нм ( =3500-4200 см-1) с одновременным усилением преобразованного излучения.

Изобретение относится к выращиванию высокотемпературных неорганических монокристаллов и может быть использовано в квантовой электронике и физике элементарных частиц, в частности, для создания детекторов процесса двойного безнейтринного бета-распада.
Наверх