本發(fā)明屬于材料科學(xué)和晶體生長，特別涉及一種促進(jìn)生長鈧酸鏑單晶的方法。

背景技術(shù)：

1、鈧酸鏑單晶是一種具有優(yōu)異性能的晶體材料，由于其具有高熔點、高穩(wěn)定性以及優(yōu)良的導(dǎo)電性能等特點，因此在激光、電子、能源等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。然而，現(xiàn)有的鈧酸鏑單晶生長方法存在一些問題，例如生長速度慢、成本高、易受污染等，這限制了其在實際應(yīng)用中的推廣。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明目的是提供一種促進(jìn)生長鈧酸鏑單晶的方法，解決上述背景技術(shù)中提出的問題。

2、本發(fā)明通過以下的技術(shù)方案實現(xiàn)：一種促進(jìn)生長鈧酸鏑單晶的方法，包括以下步驟：

3、準(zhǔn)備原材料：將原料混合均勻，裝入坩堝中；

4、設(shè)定生長條件：將裝有原材料的坩堝置于高溫爐中，設(shè)定溫度梯度、壓力和生長速度；

5、上提拉法生長：在生長過程中，通過上提拉裝置將籽晶以恒定速度從熔融原料中緩慢上提，控制晶體的冷卻速率以促進(jìn)單晶生長；

6、實時稱重監(jiān)控：在上提拉過程中，使用高精度稱重裝置對正在生長的單晶進(jìn)行實時稱重監(jiān)控，調(diào)節(jié)生長參數(shù)以保持單晶質(zhì)量的穩(wěn)定性和均勻性；

7、晶體生長優(yōu)化：根據(jù)實時稱重數(shù)據(jù)，動態(tài)調(diào)整生長速度和溫度梯度，以優(yōu)化鈧酸鏑單晶的生長過程，提高單晶的質(zhì)量和尺寸。

8、作為一優(yōu)選的實施方式，原料包括：氧化鏑，質(zhì)量百分比為73％；

9、氧化鈧，質(zhì)量百分比為27％。

10、作為一優(yōu)選的實施方式，所述高溫爐的溫度梯度為1800℃至2200℃。

11、作為一優(yōu)選的實施方式，所述上提拉裝置的上提速度為0.5mm/h至2mm/h。

12、作為一優(yōu)選的實施方式，將裝有原材料的坩堝置于高溫爐中后，在高溫爐中通入惰性氣體，以避免原料氧化或雜質(zhì)混入。

13、作為一優(yōu)選的實施方式，晶體生長優(yōu)化的具體步驟為：

14、步驟1：實時稱重數(shù)據(jù)采集

15、在上提拉法生長鈧酸鏑單晶的過程中，通過高精度稱重裝置實時監(jiān)控單晶的質(zhì)量變化。假設(shè)在時間t時刻測得的單晶質(zhì)量為m(t)；

16、步驟2：計算生長速率

17、生長速率vg(t)通過下述公式計算：

18、

19、其中：

20、δm(t)為時間間隔δt內(nèi)單晶質(zhì)量的變化量，δm(t)＝m(t+δt)-m(t)；

21、ρ為鈧酸鏑單晶的密度；

22、a為單晶的橫截面積；

23、步驟3：設(shè)定目標(biāo)生長速率

24、設(shè)定目標(biāo)生長速率vg,target以確保單晶的質(zhì)量和均勻性。通常，目標(biāo)生長速率通過實驗數(shù)據(jù)和經(jīng)驗值確定；

25、步驟4：調(diào)整生長參數(shù)

26、根據(jù)實時稱重數(shù)據(jù)和目標(biāo)生長速率，動態(tài)調(diào)整生長速度和溫度梯度，調(diào)整公式如下；

27、生長速度調(diào)整公式：

28、vnew＝vcurrent+kv·(vg,target-vg(t))

29、通過高精度稱重裝置實時監(jiān)控單晶的質(zhì)量變化

30、其中：

31、vnew為調(diào)整后的上提速度

32、vcurrent為當(dāng)前的上提速度

33、kv為調(diào)整系數(shù)，

34、溫度梯度調(diào)整公式：

35、gnew＝gcurrent+kg·(vg,target-vg(t))

36、其中：

37、gnew為調(diào)整后的溫度梯度

38、gcurrent為當(dāng)前的溫度梯度

39、kg為調(diào)整系數(shù)，通常通過實驗確定。

40、步驟5：反饋控制

41、將上述調(diào)整步驟通過計算機系統(tǒng)自動化實現(xiàn)，實時分析稱重數(shù)據(jù)并反饋調(diào)整生長參數(shù)，確保生長過程中的穩(wěn)定性和優(yōu)化。

42、采用了上述技術(shù)方案后，本發(fā)明的有益效果是：

43、1.精確控制單晶質(zhì)量和尺寸：

44、通過實時稱重監(jiān)控，能夠精確掌握單晶的生長過程，并根據(jù)稱重數(shù)據(jù)動態(tài)調(diào)整生長參數(shù)。這種實時反饋和調(diào)整機制能夠有效避免晶體內(nèi)的缺陷和不均勻，提高單晶的質(zhì)量和尺寸一致性。

45、2、提高生產(chǎn)效率和成品率：

46、由于實時監(jiān)控和動態(tài)調(diào)整能夠迅速響應(yīng)和修正生長過程中的異常情況，減少了人為干預(yù)和試錯成本，提高了生產(chǎn)效率和成品率，降低了生產(chǎn)成本。

47、3、優(yōu)化晶體生長條件：

48、本發(fā)明通過設(shè)定適當(dāng)?shù)臏囟忍荻群蜕咸崴俣?，并結(jié)合實時數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，能夠使晶體在最優(yōu)條件下生長，從而獲得更高質(zhì)量的單晶。這對于鈧酸鏑單晶這種高要求材料尤為重要。

49、4、減少晶體缺陷和內(nèi)應(yīng)力：

50、通過控制生長速度和溫度梯度，本發(fā)明能夠有效減少晶體生長過程中由于熱應(yīng)力引起的缺陷和內(nèi)應(yīng)力，提高晶體的完整性和機械強度。

技術(shù)特征：

1.一種促進(jìn)生長鈧酸鏑單晶的方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.如權(quán)利要求1所述的一種促進(jìn)生長鈧酸鏑單晶的方法，其特征在于：原料包括：氧化鏑，質(zhì)量百分比為73％；

3.如權(quán)利要求2所述的一種促進(jìn)生長鈧酸鏑單晶的方法，其特征在于：所述高溫爐的溫度梯度為1800℃至2200℃。

4.如權(quán)利要求3所述的一種促進(jìn)生長鈧酸鏑單晶的方法，其特征在于：所述上提拉裝置的上提速度為0.5mm/h至2mm/h。

5.如權(quán)利要求4所述的一種促進(jìn)生長鈧酸鏑單晶的方法，其特征在于：將裝有原材料的坩堝置于高溫爐中后，在高溫爐中通入惰性氣體，以避免原料氧化或雜質(zhì)混入。

6.如權(quán)利要求1所述的一種促進(jìn)生長鈧酸鏑單晶的方法，其特征在于：晶體生長優(yōu)化的具體步驟為：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種促進(jìn)生長鈧酸鏑單晶的方法，包括以下步驟：準(zhǔn)備原材料：將原料混合均勻，裝入坩堝中；設(shè)定生長條件：將裝有原材料的坩堝置于高溫爐中，設(shè)定溫度梯度、壓力和生長速度；上提拉法生長：在生長過程中，通過上提拉裝置將籽晶以恒定速度從熔融原料中緩慢上提，控制晶體的冷卻速率以促進(jìn)單晶生長；實時稱重監(jiān)控：在上提拉過程中，使用高精度稱重裝置對正在生長的單晶進(jìn)行實時稱重監(jiān)控，調(diào)節(jié)生長參數(shù)以保持單晶質(zhì)量的穩(wěn)定性和均勻性；晶體生長優(yōu)化：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：通過控制生長速度和溫度梯度，本發(fā)明能夠有效減少晶體生長過程中由于熱應(yīng)力引起的缺陷和內(nèi)應(yīng)力，提高晶體的完整性和機械強度。

技術(shù)研發(fā)人員：朱沫浥,劉剛,劉建設(shè),縱市里
受保護(hù)的技術(shù)使用者：合肥科晶材料技術(shù)有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19