一種摻鈥氟化釔鋇晶體的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于晶體生長(zhǎng)領(lǐng)域，具體涉及一種摻鈥氟化釔鋇晶體的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]摻鈥的氟化釔鋇(Ho:BYF)作為一種新型紅外波段激光晶體材料，能夠?qū)崿F(xiàn)2μπι近紅外激光輸出，可用于軍用飛機(jī)的干擾系統(tǒng)。美英等國(guó)陸、海、空軍開(kāi)發(fā)了用于紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈的對(duì)抗系統(tǒng)(ATIRCM)，成功裝備在車(chē)載、艦載和機(jī)載上;還可用于環(huán)境中10—9量級(jí)含量的甲醛、一氧化碳等有害氣體的檢測(cè);在醫(yī)療領(lǐng)域，可對(duì)生物組織進(jìn)行精確的切除手術(shù)而不損傷周邊組織，同時(shí)還可以減少麻醉劑用量等。
[0003]目前國(guó)內(nèi)生長(zhǎng)摻雜稀土離子BYF晶體依然存在諸多問(wèn)題，如原料提純技術(shù)落后，多晶原料含氧高，在原料熔化和生長(zhǎng)過(guò)程中，容易與F、Ho、Y元素反應(yīng)生成氟氧化物雜質(zhì)，形成漂浮物，粘附晶體，容易引起晶體開(kāi)裂，影響晶體的質(zhì)量;傳統(tǒng)的晶體生長(zhǎng)的CZ法，需要籽晶。同時(shí)生長(zhǎng)爐溫場(chǎng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與選材，爐體真空度等技術(shù)瓶頸，容易引入氧元素和其它雜質(zhì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有摻鈥氟化釔鋇晶體難以生長(zhǎng)的問(wèn)題，而提供一種摻鈥氟化釔鋇晶體的制備方法。
[0005]本發(fā)明的一種摻鈥氟化釔鋇晶體的制備方法按以下步驟進(jìn)行:
[0006]—、晶體生長(zhǎng)原料的制備:將氟化釔、氟化鋇和氟化鈥混合均勻后置于真空干燥爐內(nèi)，在溫度為150?250°C的條件下烘干Ilh?13h，得到烘干后的混合料，將烘干后的混合料裝入石墨坩禍內(nèi)，然后將石墨坩禍置于坩禍下降晶體生長(zhǎng)爐內(nèi)，并將坩禍下降晶體生長(zhǎng)爐內(nèi)抽真空至真空度為10—2Pa，隨后將爐溫升至溫度為900?1000°C，保溫9h?Ilh，繼續(xù)升高20°C并保溫至使原料完全熔化，再以5mm/h的速度下降坩禍，下降高度為100mm，下降坩禍過(guò)程結(jié)束后自然冷卻至室溫，得到結(jié)晶體，粉碎后得到Ho: BYF晶體生長(zhǎng)原料;所述的氟化釔與氟化鋇的摩爾比為2:1;所述的氟化鈥的摩爾百分?jǐn)?shù)為烘干后的混合料的I %?5% ；
[0007]二、晶體的生長(zhǎng):將步驟一得到的Ho:BYF晶體生長(zhǎng)原料和氟化鉛混合均勻，得到混合物料，將混合物料裝入石墨坩禍內(nèi)，然后將石墨坩禍置于坩禍下降晶體生長(zhǎng)爐內(nèi)，其中所述的坩禍下降晶體生長(zhǎng)爐中加熱器直徑與坩禍直徑比例為4:1，固液界面處溫度梯度為3°C/cm，抽真空至爐內(nèi)真空度為10—3Pa,將爐溫升至溫度為T(mén)+20°C，其中T為Ho = BYF晶體的熔點(diǎn)溫度，保溫9h?llh，然后采用緩冷法自發(fā)成核生成籽晶，所述的緩冷法降溫速率為1°C/h，降溫20°C，降溫結(jié)束即完成成核過(guò)程，成核過(guò)程結(jié)束后勻速下降坩禍，下降速率為lmm/h?2mm/h，下降高度為100mm，下降坩禍過(guò)程結(jié)束后以20°C/h的速度冷卻至室溫，得到Ho: BYF晶體;所述的氟化鉛的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為混合物料的0.4%?0.6% ;
[0008]三、退火:將步驟二得到的Ho:BYF晶體放置在封閉容器內(nèi)，然后加入氟化釔鋇混合粉末和PbF2組成的混合物，氟化釔鋇混合粉末和PbF2組成的混合物的加入量為將步驟二得到的Ho: BYF晶體完全覆蓋，抽真空至真空度為10—2Pa，然后升溫到T_110°C，其中T為Ho: BYF晶體的熔點(diǎn)溫度，保溫22h?24h，再以15°C/h?25°C/h的速率降溫至室溫，得到退火后Ho:BYF晶體;所述的氟化釔鋇混合粉末與PbF2的質(zhì)量比為100: (0.8?1.2);所述的氟化釔鋇混合粉末中氟化釔與氟化鋇的摩爾比為2:1 ；
[0009]四、后處理:將步驟三得到的退火后Ho:BYF晶體依次經(jīng)過(guò)定向、切割、研磨和拋光，得到摻鈥氟化釔鋇晶體。
[0010]本發(fā)明有益效果:
[0011]本發(fā)明采用緩冷法和坩禍下降法結(jié)合的方式制備摻鈥氟化釔鋇晶體，可以有效避免晶體生長(zhǎng)過(guò)程中由于溫度梯度過(guò)大造成的晶體開(kāi)裂的問(wèn)題，可得到大尺寸、高質(zhì)量的完整晶體。并且該方法不需要籽晶，設(shè)備簡(jiǎn)單，整個(gè)生長(zhǎng)過(guò)程在高真空條件下進(jìn)行，解決了氟化釔鋇熔體流動(dòng)性能差造成晶體生長(zhǎng)困難、晶體中包裹氣泡等不利因素。摻鈥氟化釔鋇晶體是一種優(yōu)良的中紅外激光晶體材料，具有良好的穩(wěn)定性，并且聲子能量低，同時(shí)氟化釔鋇晶體中可以摻雜較高濃度的鈥離子，具有巨大的科研潛力和應(yīng)用前景。
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1為標(biāo)準(zhǔn)卡片的XRD圖；
[0013]圖2為試驗(yàn)一得到的摻鈥氟化釔鋇晶體的XRD圖；
[0014]圖3為試驗(yàn)二得到的摻鈥氟化釔鋇晶體的XRD圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]【具體實(shí)施方式】一:本實(shí)施方式的一種摻鈥氟化釔鋇晶體的制備方法按以下步驟進(jìn)行:
[0016]—、晶體生長(zhǎng)原料的制備:將氟化釔、氟化鋇和氟化鈥混合均勻后置于真空干燥爐內(nèi)，在溫度為150?250°C的條件下烘干Ilh?13h，得到烘干后的混合料，將烘干后的混合料裝入石墨坩禍內(nèi)，然后將石墨坩禍置于坩禍下降晶體生長(zhǎng)爐內(nèi)，并將坩禍下降晶體生長(zhǎng)爐內(nèi)抽真空至真空度為10—2Pa，隨后將爐溫升至溫度為900?1000°C，保溫9h?Ilh，繼續(xù)升高20°C并保溫至使原料完全熔化，再以5mm/h的速度下降坩禍，下降高度為100mm，下降坩禍過(guò)程結(jié)束后自然冷卻至室溫，得到結(jié)晶體，粉碎后得到Ho: BYF晶體生長(zhǎng)原料;所述的氟化釔與氟化鋇的摩爾比為2:1;所述的氟化鈥的摩爾百分?jǐn)?shù)為烘干后的混合料的I %?5% ；
[0017]二、晶體的生長(zhǎng):將步驟一得到的Ho:BYF晶體生長(zhǎng)原料和氟化鉛混合均勻，得到混合物料，將混合物料裝入石墨坩禍內(nèi)，然后將石墨坩禍置于坩禍下降晶體生長(zhǎng)爐內(nèi)，其中所述的坩禍下降晶體生長(zhǎng)爐中加熱器直徑與坩禍直徑比例為4:1，固液界面處溫度梯度為3°C/cm，抽真空至爐內(nèi)真空度為10—3Pa,將爐溫升至溫度為T(mén)+20°C，其中T為Ho = BYF晶體的熔點(diǎn)溫度，保溫9h?llh，然后采用緩冷法自發(fā)成核生成籽晶，所述的緩冷法降溫速率為1°C/h，降溫20°C，降溫結(jié)束即完成成核過(guò)程，成核過(guò)程結(jié)束后勻速下降坩禍，下降速率為lmm/h?2mm/h，下降高度為100mm，下降坩禍過(guò)程結(jié)束后以20°C/h的速度冷卻至室溫，得到Ho: BYF晶體;所述的氟化鉛的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為混合物料的0.4%?0.6% ;
[0018]三、退火:將步驟二得到的Ho:BYF晶體放置在封閉容器內(nèi)，然后加入氟化釔鋇混合粉末和PbF2組成的混合物，氟化釔鋇混合粉末和PbF2組成的混合物的加入量為將步驟二得到的Ho: BYF晶體完全覆蓋，抽真空至真空度為10—2Pa，然后升溫到T_110°C，其中T為Ho: BYF晶體的熔點(diǎn)溫度，保溫22h?24h，再以15°C/h?25°C/h的速率降溫至室溫，得到退火后Ho:BYF晶體;所述的氟化釔鋇混合粉末與PbF2的質(zhì)量比為100: (0.8?1.2);所述的氟化釔鋇混合粉末中氟化釔與氟化鋇的摩爾比為2:1 ；
[0019]四、后處理:將步驟三得到的退火后Ho:BYF晶體依次經(jīng)過(guò)定向、切割、研磨和拋光，得到摻鈥氟化釔鋇晶體。
[0020]本實(shí)施方式步驟一中得到結(jié)晶體后，先切除結(jié)晶體頂部雜質(zhì)多的部分，再將余下的部分粉碎后得到Ho: BYF晶體生長(zhǎng)原料。
[0021]本實(shí)施方式采用緩冷法和坩禍下降法結(jié)合的方式制備摻鈥氟化釔鋇晶體，可以有效避免晶體生長(zhǎng)過(guò)程中由于溫度梯度過(guò)大造成的晶體開(kāi)裂的問(wèn)題，可得到大尺寸、高質(zhì)量的完整晶體。并且該方法不需要籽晶，設(shè)備簡(jiǎn)單，整個(gè)生長(zhǎng)過(guò)程在高真空條件下進(jìn)行，解決了氟化釔鋇熔體流動(dòng)性能差造成晶體生長(zhǎng)困難、晶體中包裹氣泡等不利因素。摻鈥氟化釔鋇晶體是一種優(yōu)良的中紅外激光晶體材料，具有良好的穩(wěn)定性，并且聲子能量低，同時(shí)氟化釔鋇晶體中可以摻雜較高濃度的鈥離子，具有巨大的科研潛力和應(yīng)用前景。
[0022]【具體實(shí)施方式】二:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一不同的是:步驟一中所述的氟化鈥的摩爾百分?jǐn)?shù)為烘干后的混合料的3%。其它步驟與參數(shù)與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0023]【具體實(shí)施方式】三:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一或二不同的是:步驟一中在溫度為200°C的條件下烘干12h。其它步驟與參數(shù)與【具體實(shí)施方式】一或二相同。
[0024]【具體實(shí)施方式】四:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至三之一不同的是:步驟一中然后將爐溫升至溫度為960°C，保溫1h，繼續(xù)升高20°C并保溫至使原料完全熔化。其它步驟與參數(shù)與【具體實(shí)施方式】一至三之一相同。
[0025]【具體實(shí)施方式】五:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至四之一不同的是:步驟二中所述的氟化鉛的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為混合物料的0.5%。其它步驟與參數(shù)與【具體實(shí)施方式】一至四之一相同。
[0026]【具體實(shí)施方式】六:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至五之一不同的是:步驟二中成核過(guò)程結(jié)束后勻速下降坩禍，下降速率為1.5mm/h。其它步驟與參數(shù)與【具體實(shí)施方式】一至五之一相同。
[0027]【具體實(shí)施方式】七:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至六之一不同的是:步驟三中所述的氟化釔鋇混合粉末與PbF2的質(zhì)量比為100:1。其它步驟與參數(shù)與【具體實(shí)施方式】一至六之一相同。
[0028]【具體實(shí)施方式】八:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至七之一不同的是:步驟三中以20°C/h的速率降溫至室溫。其它步驟與參數(shù)與【具體實(shí)施方式】一至七之一相同。
[0029]用以下試驗(yàn)驗(yàn)證本發(fā)明的有益效果:
[0030]試驗(yàn)一、本試驗(yàn)的一種摻鈥氟化釔鋇晶體的制備方法，其特征在于該方法按以下步驟進(jìn)行:
[0031 ] 一、晶體生長(zhǎng)原料的制備:將摩爾百分?jǐn)?shù)為66 %的氟化釔、摩爾百分?jǐn)?shù)為33 %的氟化鋇和摩爾百分?jǐn)?shù)為1%的氟化鈥混合均勻后置于真空干燥爐內(nèi)，在溫度為200°C的條件下烘干12h，得到烘干后的混合料，將烘干后的混合料裝入石墨坩禍內(nèi)，然后將石墨坩禍置于坩禍下降晶體生長(zhǎng)爐內(nèi)，并將坩禍下降晶體生長(zhǎng)爐內(nèi)抽真空至真空度為10—2Pa,隨后將爐溫升至溫度為960°C，保溫10h，繼續(xù)升高20°C并保溫至使原料完全熔化，再以5mm/h的速度下降坩禍，下降高度為100_，下降坩禍過(guò)程結(jié)束后自然冷卻至室溫，得到結(jié)晶體，粉碎后得到Ho: BYF晶體生長(zhǎng)原料；
[0032]二、晶體的生長(zhǎng):將步驟一得到的Ho:BYF晶體生長(zhǎng)原料和氟化鉛混合均勻，得到混合物料，將混合物料裝入石墨坩禍內(nèi)，然后將石墨坩禍置于坩禍下降晶體生長(zhǎng)爐內(nèi)，其中所述的坩禍下降晶體生長(zhǎng)爐中加熱器直徑與坩禍直徑比例為4:1，固液界面處溫度梯度為3°C/cm，抽真空至爐內(nèi)真空度為