專利名稱：大尺寸氟化鈰晶體的生長(zhǎng)技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是晶體生長(zhǎng)技術(shù)，特別是涉及大批量生長(zhǎng)大尺寸優(yōu)質(zhì)氟化鈰(CeF3)晶體的技術(shù)。屬于晶體生長(zhǎng)領(lǐng)域。
CeF3晶體是近幾年新發(fā)展起來(lái)的具有閃爍效應(yīng)的新型晶體，在高能物理領(lǐng)域中有廣泛的應(yīng)用。它的密度為6.16g/cm3，發(fā)光峰波長(zhǎng)大于300nm，因而可用價(jià)格便宜的玻璃光電倍增管接收，且具有響應(yīng)速度快、抗輻照損傷能力強(qiáng)、在空氣中穩(wěn)定而不潮解等優(yōu)點(diǎn)，已被列為大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)用的首選閃爍材料。
目前國(guó)際上對(duì)CeF3晶體的閃爍物性進(jìn)行了較多的研究，而對(duì)其生長(zhǎng)理論和生長(zhǎng)方法尚正在進(jìn)行深入研究。迄今為止，最大尺寸的CeF3晶體只有130mm長(zhǎng)，且內(nèi)部缺陷較多，不能適用于作為大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)用的接收材料。
本發(fā)明的目的在于提供一種在真空條件下普通拉單晶的爐內(nèi)，運(yùn)用化學(xué)反應(yīng)脫氧的方法生長(zhǎng)出大尺寸、高質(zhì)量CeF3晶體的生長(zhǎng)技術(shù)。
本發(fā)明提供的技術(shù)內(nèi)容包括原料處理、坩堝、生長(zhǎng)設(shè)備以及生長(zhǎng)工藝四方面。分述如下(1)原料用高純硝酸鈰經(jīng)處理及氟化等工藝過(guò)程后，制備成純度為99.95%以上的CeF3原料。經(jīng)適當(dāng)溫度烘干，摻入2～10wt%(外加)的脫氧劑，如氟化鉛(PbF3)后裝入石墨坩堝在真空爐中預(yù)燒成多晶料塊作為晶體生長(zhǎng)的起始原料。
(2)坩堝 燒料及晶體生長(zhǎng)用的坩堝均選用三高石墨(高密度、高強(qiáng)度、高純度)加工而成。可根據(jù)不同需要，采用單孔或多孔形式，孔的形狀可以是園形、矩形或其它形狀，上下帶有一定的錐度。
(3)生長(zhǎng)設(shè)備 生長(zhǎng)爐是采用市售的XLL-600型的真空拉單晶爐。采用鉬片和石墨相結(jié)合的形式，使?fàn)t內(nèi)形成適合于晶體生長(zhǎng)的溫度場(chǎng)。溫度測(cè)量采用鎢鑭熱電偶，用JWJ-702精密控制儀控制爐溫，控溫精度達(dá)±0.5℃。
(4)生長(zhǎng)工藝參數(shù)爐內(nèi)的生長(zhǎng)溫度梯度為30℃/cm，生長(zhǎng)時(shí)熔體溫度高于其熔點(diǎn)200℃，生長(zhǎng)速率為2～10mm/hr，在整個(gè)生長(zhǎng)過(guò)程爐內(nèi)真空度為10-3Pa。
下面結(jié)合具體生長(zhǎng)出長(zhǎng)度達(dá)220mm的優(yōu)質(zhì)CeF3晶體的實(shí)施例，對(duì)其技術(shù)要素作進(jìn)一步說(shuō)明。
(1)采用純度為99.95%的CeF3原料，外加摻入2-10%(重量)的氟化鉛脫氧劑后在真空爐中燒成多晶料塊待用。
(2)使用外徑為120mm的三高石墨制成的坩堝，有兩個(gè)晶體生長(zhǎng)孔，孔的尺寸為25×25×35×35×300mm3，底部有合適的擴(kuò)晶錐度和引晶孔。
(3)將多晶料塊粉碎后，再外加摻入適量脫氧劑，裝入坩堝內(nèi)生長(zhǎng)。外加摻入氟化鉛的量為1-5%(重量)。
(4)用內(nèi)徑尺寸為φ140mm的石墨筒梳狀發(fā)熱體進(jìn)行加熱，作為熱源。
(5)生長(zhǎng)過(guò)程中熔體溫度高于其熔點(diǎn)200℃左右，恒溫2-4小時(shí)后以2mm/hr速率下降生長(zhǎng)。爐內(nèi)保持10-3Pa的真空度，在真空度未達(dá)到時(shí)必須恒溫等待，在達(dá)到后進(jìn)行生長(zhǎng)。
(6)生長(zhǎng)完成后以一定速率降溫，從生長(zhǎng)熔融溫度降到200℃約需2-4天，然后自然冷卻至室溫取出即可。
用本發(fā)明提供的生長(zhǎng)技術(shù)可以成功地在真空下拉單晶爐內(nèi)，使用化學(xué)反應(yīng)法脫氧技術(shù)，用石墨坩堝生長(zhǎng)出長(zhǎng)度達(dá)220mm的優(yōu)質(zhì)CeF3晶體。用本生長(zhǎng)技術(shù)生長(zhǎng)出大尺寸的CeF3晶體，經(jīng)測(cè)定表明在波長(zhǎng)為340mm處具有良好的透過(guò)率，其透過(guò)率達(dá)85%以上，這為用價(jià)格便宜的玻璃光電倍增管接收創(chuàng)造了條件。且所生長(zhǎng)的晶體具有較好的抗輻照性能，發(fā)光性能和重復(fù)性較好的特性。

圖1為170mm長(zhǎng)的CeF3晶體的縱向透過(guò)率曲線。橫座標(biāo)為波長(zhǎng)(A)，縱座標(biāo)為透過(guò)率，3400A處透過(guò)率＞85%。圖2為經(jīng)60次電子脈沖(能量為100Mev正負(fù)電子)試驗(yàn)的曲線，橫座標(biāo)為時(shí)間，單位為ns，間隔25;縱座標(biāo)為脈沖高度(無(wú)量綱)，從圖2可清楚看出60次脈沖其重復(fù)性甚好，反映所生長(zhǎng)晶體的穩(wěn)定性;圖3是發(fā)光性能曲線，縱座標(biāo)為相對(duì)發(fā)光輸出強(qiáng)度，橫座標(biāo)為波長(zhǎng)(nm)，在303.9nm處相對(duì)發(fā)光輸出強(qiáng)度＞60%，寬度為260nm。圖4為γ射線輻照前后透射率變化，表明輻照前和經(jīng)1KGY、10KGY、100KGY輻照后透射率變化不大，說(shuō)明用本技術(shù)生長(zhǎng)的晶體不僅尺寸大而且抗輻照性能優(yōu)異，可滿足作為對(duì)撞機(jī)用的閃爍材料的要求。
權(quán)利要求
1.一種生長(zhǎng)大尺寸、高質(zhì)量氟化鈰晶體的技術(shù)，包括原料處理、坩堝、生長(zhǎng)設(shè)備和生長(zhǎng)工藝四方面，其特征在于(1)用高純硝酸鈰為起始原料，經(jīng)氟化制成純度99.95%的CeF3原料，外加摻入2-10wt%的氟化鉛脫氧劑，裝入坩堝預(yù)燒成多晶料塊；(2)多晶料塊粉碎后，再外加摻入1-5wt%的氟化鉛脫氧劑裝入石墨坩堝，在石墨坩堝上開(kāi)有25×25×35×35×300mm3的雙孔或園形孔，底部有合適的的擴(kuò)晶錐度和引晶孔；(3)生長(zhǎng)時(shí)熔體溫度高于其熔點(diǎn)200℃，以2-10mm/hr生長(zhǎng)速率下降生長(zhǎng)，爐內(nèi)保持10-3Pa真空度，生長(zhǎng)的溫度梯度為30℃/cm；(4)生長(zhǎng)完成后從生長(zhǎng)熔融溫度降到200℃約需2-4天，然后自然冷卻至室溫。
2.按權(quán)利要求1所述的生長(zhǎng)技術(shù)，其特征在于所述的生長(zhǎng)速率為2mm/hr。
3.按權(quán)利要求1所述的生長(zhǎng)技術(shù)，其特征在于溫度控制精度為±0.5;
4.按權(quán)利要求1所述的生長(zhǎng)技術(shù)，其特征在于制造坩堝用的石墨為高純、高強(qiáng)度、高密度的石墨。
全文摘要
本發(fā)明涉及晶體生長(zhǎng)技術(shù)，尤其是大批量生長(zhǎng)大尺寸優(yōu)質(zhì)氟化鈰晶體的技術(shù)，屬晶體生長(zhǎng)領(lǐng)域。本發(fā)明提供的技術(shù)包括原料處理、坩堝、生長(zhǎng)設(shè)備以及生產(chǎn)工藝四方面。用本發(fā)明提供的技術(shù)可以大批量生長(zhǎng)長(zhǎng)度達(dá)220mm的CeF
文檔編號(hào)C30B29/12GK1109112SQ94112080
公開(kāi)日1995年9月27日 申請(qǐng)日期1994年3月23日 優(yōu)先權(quán)日1994年3月23日
發(fā)明者胡關(guān)欽, 殷之文, 徐力, 古佩新, 趙元龍, 江金娥 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所