采用坩堝下降法制備鉬酸鈣晶體的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種采用坩堝下降法制備鉬酸鈣晶體，制備方法包括：將CaMoO4密封于坩堝進行坩堝下降法生長，得到鉬酸鈣晶體，其中，采用坩堝下降法生長時，晶體生長溫度為1400~1520℃，晶體生長時坩堝下降速度為0.05~2mm/小時，降溫速率為≤2℃/小時。
【專利說明】采用坩堝下降法制備鉬酸鈣晶體
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及晶體生長領域，具體涉及一種鑰酸鈣晶體的晶體生長方法。
【背景技術】
[0002]雙貝塔(β β)衰變是一種探測中微子及弱相互作用的很好的探針，探測雙貝塔衰變閃爍體需要登記(registrat1n)效率高，合適的能量分辨率及不同粒子的峰形甄別能力、性能穩(wěn)定性高及成本低等要求。含有Mo元素的閃爍體通?？梢杂脕硖綔y無中微子雙貝塔(Ου β β)衰變，目前來說，富集Mo-100同位素的鑰酸鈣晶體探測無中微子雙貝塔衰變最佳的候選材料。
[0003]坩堝下降法又稱垂直Bridgman法，通過坩堝在垂直方向上從溫度高的地方移動到溫度低的地方，從而熔體在坩堝中結晶。這是一種從熔體中生長高質量單晶的主要方法。這種方法能夠生長摻鉈碘化銫、摻鉈碘化鈉、鍺酸鉍和摻鈰溴化鑭等閃爍晶體。
[0004]鑰酸鈣晶體熔點較高，達到1430°C，通常用提拉法生長。但由于提拉法生長是在開放體系中進行生長，生長過程中MoO3極易揮發(fā)，使得提拉法制備的晶體容易發(fā)生偏組分。同時，由于提拉法晶體生長設備昂貴，使得晶體成本非常高。而坩堝下降法可以在封閉體系中進行生長，可有效防止MoO3揮發(fā)。另外，坩堝下降法生長設備簡單，價格便宜，易于規(guī)模化生長。但目前，現有技術中并沒有采用坩堝下降法制備鑰酸鈣晶體的報道。
【發(fā)明內容】
[0005]本發(fā)明旨在克服現有鑰酸鈣晶體在制備方式方面的缺陷，本發(fā)明提供了一種鑰酸鈣晶體的制備方法。
[0006]本發(fā)明提供了一種鑰酸鈣晶體的制備方法，所述制備方法包括:
將CaMoO4密封于坩堝進行坩堝下降法生長，得到鑰酸鈣晶體，其中，采用坩堝下降法生長時，晶體生長溫度為1400?1520°C，晶體生長時坩堝下降速度為0.05?2mm/小時，降溫速率為彡2V /小時。
[0007]較佳地，所述CaMoO4的制備方式包括:
稱量符合鑰酸鈣化學式中元素配比的碳酸鈣粉體或氧化鈣粉體、以及氧化鑰粉體，均勻混合、壓塊后，在1200?1350°C燒結9?11小時。
[0008]較佳地，以質量百分比計算，所述氧化鑰粉體過量0.1% -0.5%。
[0009]較佳地，使用圓錐形坩堝無需使用晶種；使用圓柱形或長方體形坩堝，使用鑰酸鈣晶體為晶種。
[0010]較佳地，所述坩堝包括鉬金坩堝。
[0011]較佳地，采用坩堝下降法生長時，生長氣氛為空氣。
[0012]較佳地，晶體生長溫度為1470?1520°C，晶體生長時坩堝下降速度為0.1?Imm/小時。
[0013]較佳地，將生長得到的晶體進行退火處理，退火溫度為1200?1350°C，退火時間為10?20小時。
[0014]本發(fā)明的有益效果:
本發(fā)明公開了一種鑰酸鈣晶體的晶體生長方法，涉及晶體生長領域。該方法為將晶體生長原料采用坩堝下降法生長，其中，所述鑰酸鈣晶體的化學式為CaMoO4 ;采用坩堝下降法生長時，選用下半部分為圓錐、圓柱直筒型、下面直徑小上面直徑大的圓柱形或長方體形狀的鉬金坩堝作為生長坩堝。本發(fā)明通過坩堝下降法，在封閉環(huán)境中進行晶體生長，克服了使用提拉法生長鑰酸鈣晶體易出現偏組分、晶體呈深藍色及成本高等缺點。生長的鑰酸鈣晶體呈淺藍色或無色，在空氣中退火可以消除晶體的淺藍色，并提高晶體的光輸出。用該方法生長出的富集Mo-1OO和Ca-40同位素的4tlCaiwMoO4晶體具有尺寸大、光學質量高及生長成本低等優(yōu)點，可用于探測晶體中Mo-1OO同位素的無中微子雙貝塔衰變(Ου β β);
本發(fā)明的坩堝下降法生長方法通過使用鉬金坩堝，通過晶體在圓錐形坩堝內自發(fā)成核淘汰成單晶，或通過晶種在圓柱形或長方體形坩堝內接種生長。由于坩堝下降法設備簡單，成本低，且晶體生長在密封環(huán)境中進行，克服了使用提拉法生長鑰酸鈣晶體易出現偏組分、晶體呈深藍色及成本高等缺點。用該方法生長出的4tlCaiwMoO4晶體具有尺寸大、光學質量高等優(yōu)點，可用于探測無中微子雙貝塔衰變，并可實現工程化應用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1示出了本發(fā)明一個實施方式中制備的生長鑰酸鈣晶體退火前后在X射線激發(fā)下的發(fā)射光譜。
【具體實施方式】
[0016]以下結合附圖和下述實施方式進一步說明本發(fā)明，應理解，附圖及下述實施方式僅用于說明本發(fā)明，而非限制本發(fā)明。
[0017]本發(fā)明公開了一種鑰酸鈣晶體的晶體生長方法，涉及晶體生長領域。該方法為將晶體生長原料采用坩堝下降法生長，其中，所述鑰酸鈣晶體的化學式為CaMoO4 ;采用坩堝下降法生長時，選用圓錐、圓柱直筒型、下面直徑小上面直徑大的圓柱形或長方體形狀的鉬金坩堝作為生長坩堝。本發(fā)明通過坩堝下降法，在封閉環(huán)境中進行晶體生長，克服了使用提拉法生長鑰酸鈣晶體易出現偏組分、晶體呈深藍色及成本高等缺點。生長的鑰酸鈣晶體呈淺藍色或無色，在空氣中退火可以消除晶體的淺藍色，并提高晶體的光輸出。用該方法生長出的富集Mo-1OO和Ca-40同位素的4tlCaiwMoO4晶體具有尺寸大、光學質量高及生長成本低等優(yōu)點，可用于探測晶體中Mo-1OO同位素的無中微子雙貝塔衰變(Ου β β)。
[0018]本發(fā)明提供了一種鑰酸鈣晶體的晶體生長方法，為將晶體生長原料采用坩堝下降法生長。
[0019]所述晶體生長原料組分為CaMoO4單一相物質，該單一相物質可由固相燒結或液相方法合成，也可以由提拉法制備出的單晶。所謂CaMoO4單一相物質，包含天然豐度及各種富集程度的鈣元素和鑰元素，如富集Ca-40和Mo-1OO同位素的4tlCaiwMoO4。同時，為了彌補在晶體生長過程中MoO3組分的揮發(fā)，可以加入少量的MoO3，但其一般不超過0.5%重量百分t匕，生長的4tlCaiwMoO4晶體可用于無中微子雙貝塔探測領域。
[0020]所述CaMo04晶體生長原料可由包括下列步驟的方法制得: A.按配比稱量各種原料后混合配料；
B.晶體生長原料的合成。
[0021]所述晶體生長原料，也可以直接使用富集Ca-40和Mo-1OO同位素的4tlCaiwMoO4原料，該原料一般由國內外合作單位先富集同位素，再直接使用液相反應法獲得。
[0022]所述步驟A中的原料包括含CaCO3和含MoO3化合物原料，其中MoO3原料的重量比按照化學式中Mo元素的化學計量比計算出來的重量過量0.1?0.5%。
[0023]所述步驟B中的晶體生長原料的合成步驟為:將混合均勻的配料壓成料塊，升溫到1200?1350°C，燒結9?11小時后，降溫；取出即可獲得滿足晶體生長要求的原料。
[0024]所述坩堝下降法生長晶體的具體步驟為:
對于圓錐形坩堝，將制備的晶體生長原料裝填在鉬金坩堝內，放入坩堝下降爐；對于圓柱形或長方體形坩堝，先將鑰酸鈣晶體的晶種放在坩堝的底部，然后再將晶體生長原料放入坩堝中；然后將鉬金坩堝密封，防止爐膛內雜質進入坩堝中。將生長爐溫度升高至生長溫度，保溫10?20小時，調整坩堝位置，使自發(fā)成核溫度或接種溫度在1430°C附近。之后，以一定的速度緩慢降低坩堝，同時，保持生長溫度不變或緩慢下降。經過一段時間后，生長結束，將生長爐溫度降至室溫，即可取出坩堝，進而取出鑰酸鈣晶體。
[0025]采用坩堝下降法生長時，晶體生長溫度為1400?1520°C，晶體生長時坩堝下降速度為0.05?2mm/h，降溫速率為O?2 V /h。
[0026]優(yōu)選的，采用坩堝下降法生長時，晶體生長溫度為1470?1500°C，晶體生長時坩堝下降速度為0.1?lmm/h，降溫速率為O?0.2V /h。
[0027]采用坩堝下降法生長時，晶體生長氣氛為空氣；晶體生長時，使用圓錐形坩堝無需使用晶種；使用圓柱形或長方體形坩堝，使用鑰酸鈣晶體為晶種，晶種的形狀取決于坩堝的形狀。
[0028]所述坩堝為鉬金坩堝。
[0029]所述鑰酸鈣晶體的晶體生長，其生長的鑰酸鈣晶體呈淺藍色或無色，在空氣中退火可以消除晶體的淺藍色，并提高晶體的光輸出。
[0030]優(yōu)選的，采用在空氣中退火晶體的淺藍色，退火的溫度為1200?1350°C，退火時間為10?20小時。
[0031]本發(fā)明公開了一種鑰酸鈣晶體的晶體生長方法，涉及晶體生長領域。該方法為將晶體生長原料采用坩堝下降法生長，其中，所述鑰酸鈣晶體的化學式為CaMoO4 ;采用坩堝下降法生長時，選用下半部分為圓錐、圓柱直筒型、下面直徑小上面直徑大的圓柱形或長方體形狀的鉬金坩堝作為生長坩堝。本發(fā)明通過坩堝下降法，在封閉環(huán)境中進行晶體生長，克服了使用提拉法生長鑰酸鈣晶體易出現偏組分、晶體呈深藍色及成本高等缺點。生長的鑰酸鈣晶體呈淺藍色或無色，在空氣中退火可以消除晶體的淺藍色，并提高晶體的光輸出。用該方法生長出的富集Mo-1OO和Ca-40同位素的4tlCaiwM0O4晶體具有尺寸大、光學質量高及生長成本底等優(yōu)點，可用于探測晶體中Mo-1OO同位素的無中微子雙貝塔衰變(Ου β β)。
[0032]本發(fā)明的坩堝下降法生長方法通過使用鉬金坩堝，通過晶體在圓錐形坩堝內自發(fā)成核淘汰成單晶，或通過晶種在圓柱形或長方體形坩堝內接種生長。由于坩堝下降法設備簡單，成本低，且晶體生長在密封環(huán)境中進行，克服了使用提拉法生長鑰酸鈣晶體易出現偏組分、晶體呈深藍色及成本高等缺點。用該方法生長出的4tlCaiwMoO4晶體具有尺寸大、光學質量高等優(yōu)點，可用于探測無中微子雙貝塔衰變，并可實現工程化應用。
[0033]下面進一步例舉實施例以詳細說明本發(fā)明。同樣應理解，以下實施例只用于對本發(fā)明進行進一步說明，不能理解為對本發(fā)明保護范圍的限制，本領域的技術人員根據本發(fā)明的上述內容作出的一些非本質的改進和調整均屬于本發(fā)明的保護范圍。下述示例具體的工藝參數等也僅是合適范圍中的一個示例，即本領域技術人員可以通過本文的說明做合適的范圍內選擇，而并非要限定于下文示例的具體數值。
[0034]本實施例使用的坩堝下降法生長鑰酸鈣晶體，本發(fā)明的坩堝下降法生長方法通過使鉬金坩堝，通過晶體在圓錐形坩堝內自發(fā)成核淘汰成單晶，或通過晶種在圓柱形或長方體形坩堝內接種生長。由于坩堝下降法設備簡單，成本低，且晶體生長在密封環(huán)境中進行，克服了使用提拉法生長鑰酸鈣晶體易出現偏組分、晶體呈深藍色及成本高等缺點。具體實施例如下。
[0035]實施例1
按照組成為CaMoO4稱量CaCO3 (純度為99.99 % )80.lg、MoO3 (純度為99.99% ) 116.3g、，混合均勻，壓成直徑為50mm的圓柱狀塊狀，放入剛玉杯中，在1200°C溫度下燒結10小時。取出后，放入圓錐形坩堝中，通過自發(fā)成核，晶體生長溫度為1480°C，下降速度為0.4mm/h,降溫速率為0.1°C /h，經過13天的生長，可生長出直徑為20mm，長度為120mm左右的鑰酸鈣單晶。
[0036]從圖1中可以看出，本發(fā)明實施例1中制備的晶體，經過1300°C、24小時在空氣氣氛中退火處理后，晶體質量得到了提升，其在X射線激發(fā)下發(fā)光強度增強。
[0037]實施例2
按照組成為4tlCaiwMoO4,稱量4tlCaiwMoO4原料250g或690g，放入圓柱形鉬金坩堝中，以直徑為30mm的鑰酸鈣晶體為晶種，通過接種生長，晶體生長溫度為1480°C，下降速度為0.3mm/h,降溫速率為0.1 V /h,經過14天的生長，可生長出直徑為30mm或50mm長度為
10mm 左右的 4ciCaiciciMoO4 單晶。
【權利要求】
1.一種鑰酸鈣晶體的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括: 將CaMoO4密封于坩堝進行坩堝下降法生長，得到鑰酸鈣晶體，其中，采用坩堝下降法生長時，晶體生長溫度為1400-1520°C，晶體生長時坩堝下降速度為0.05-2mm/小時，降溫速率為彡2V /小時。
2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述CaMoO4的制備方式包括: 稱量符合鑰酸鈣化學式中元素配比的碳酸鈣粉體或氧化鈣粉體、以及氧化鑰粉體，均勻混合、壓塊后，在1200-1350°C燒結9-11小時。
3.根據權利要求2所述的制備方法，其特征在于，以質量百分比計算，所述氧化鑰粉體過量 0.1%-0.5%O
4.根據權利要求1-3中任一所述的制備方法，其特征在于，使用圓錐形坩堝無需使用晶種；使用圓柱形或長方體形坩堝，使用鑰酸鈣晶體為晶種。
5.根據權利要求1-4中任一所述的制備方法，其特征在于，所述坩堝包括鉬金坩堝。
6.根據權利要求1-5中任一所述的制備方法，其特征在于，采用坩堝下降法生長時，生長氣氛為空氣。
7.根據權利要求1-6中任一所述的制備方法，其特征在于，晶體生長溫度為1470-1520°C，晶體生長時坩堝下降速度為0.1-1mm/小時。
8.根據權利要求1-7中任一所述的制備方法，其特征在于，將生長得到的晶體進行退火處理，退火溫度為1200-1350°C，退火時間為10-20小時。
【文檔編號】C30B11/00GK104357911SQ201410742436
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年12月8日 優(yōu)先權日:2014年12月8日
【發(fā)明者】潘尚可, 陳曉峰, 李換英, 張衛(wèi)東, 劉瑋, 任國浩 申請人:中國科學院上海硅酸鹽研究所