Способ выращивания монокристаллов хризоберилла, активированных ионами трехвалентного титана

Авторы патента:

C30B29/26 - с формулой BMe₂O₄, где B - Mg, Ni, Co, Al, Zn или Cd, а Me - Fe, Ga, Sc, Cr, Co или Al

Использование: получение кристаллов для изготовления лазерных элементов, ювелирных вставок. Сущность изобретения монокристаллы выращивают методом Чохральского. Затравливание ведут в инертной атмосфере, после чего вводят в атмосферу водород и продолжают вытягивание. Увеличивают концентрацию трехвалентного титана в хризоберилле до 1,5 ат.%.

Изобретение относится к области получения монокристаллов активированного титаном хризоберилла (BeAl₂O₄:Ti³⁺⁾, используемых для изготовления лазерных элементов, вставок ювелирных изделий.

Известно, что увеличение содержания активирующего иона в матрице монокристалла приводит к повышению КПД твердотельного лазера, улучшению насыщенности и игры цвета вставок из этого материала.

Наиболее близким к изобретению является способ получения монокристаллов активированного хризоберилла, в частности ионами Ti³⁺, методом Чохральского, включающий направление исходного материала в тигель в атмосфере водорода, азота, аргона или их смеси, затравление на вращающуюся затравку, разращивание конуса монокристалла до заданного диаметра и вытягивание цилиндрической части монокристалла.

Однако при выращивании монокристалла хризоберилла данным способом содержание ионов Ti³⁺ в расплаве мало, поэтому и содержание Ti³⁺ в выращенном монокристалле не превышает 0,5 ат. Увеличение концентрации активатора выше 0,5 ат. приводит к ухудшению оптического качества кристаллов, так как в решетку хризоберилла вместе с ионами Ti³⁺ входят ионы Ti⁴⁺. Ионы титана в оксидных расплавах в инертной атмосфере имеют в основном валентность +4. Большая суммарная концентрация Ti³⁺ и Ti⁴⁺ приводит к ухудшению качества монокристаллов.

Целью изобретения является увеличение концентрации ионов Ti³⁺ в монокристалле хризоберилла до 1,5 ат. при сохранении оптического качества кристаллов.

Цель достигается тем, что после наплавления исходного материала в тигель в инертной атмосфере и затравления на вращающуюся со скоростью 40-60 об/мин затравку в атмосферу добавляют водород в количестве не менее 1/20 объема инертного газа, осуществляют разращивание конуса до заданного диаметра и вытягивание цилиндрической части монокристалла со скоростью 0,5-2 мм/ч.

Известный прим выращивания из оксидных расплавов монокристаллов, активированных ионами трехвалентного титана, в том числе и кристаллов хризоберилла, в атмосфере инертного газа с добавлением водорода в количестве 1/20 объема инертного газа, при котором происходит дополнительный переход ионов Ti⁴⁺, находящихся в расплаве, в Ti³⁺, для выращивания кристаллов хризоберилла с высоким содержанием Ti³⁺ непосредственно не может быть использован. Это можно объяснить тем, что при температуре затравления на поверхности расплава в атмосфере инертного газа с добавлением водорода появляется пленка из высокотемпературного соединения. Формула соединения неизвестна, но пленка появляется при любой степени очистки исходного материала, сосредотачивается в центре тигля, и ее размер растет при увеличении количества TiO₂ в расплаве. Пленка блокирует затравку, и вместе монокристалла растет поликристалл.

В предлагаемом способе затравление на вращающуюся затравку проводят в инертной атмосфере, при этом пленка не образуется. Экспериментально установлено, что при этом образуется устойчивое гидродинамическое течение расплава. После подачи водорода пленка, образующаяся на поверхности расплава, отбрасывается от фронта кристаллизации вращением кристалла.

П р и м е р 1. Выращивание осуществляют на ростовой установке "Кристалл-603" с высокочастотным нагревом в иридиевых тиглях диаметром 50 мм и высотой 50 мм. Исходные материалы расплавляются в тигле, в атмосфере аргона проводят затравление на вращающуюся со скоростью 40-60 об/мин затравку из хризоберилла размером 4х4х20 мм. После этого подают в камеру роста водород при соотношении Ar:H₂20:1, осуществляют разращивание конусной части до диаметра 30 мм и вытягивание со скоростью 0,5-2 мм/ч цилиндрической части монокристалла. Выращен кристалл BeAl₂O₄:Ti³⁺ диаметром 30 мм и длиной 50 мм с концентрацией Ti³⁺ до 1,5 ат. без пузырей и видимых включений, оптическое качество которого удовлетворяет требованиям, предъявляемым к лазерным элементам.

П р и м е р 2. Режимные условия роста как в примере 1, но затравление проводят в атмосфере Ar:H₂ 20:1. Получен поликристалл, так как пленка, образовавшаяся на поверхности расплава в момент касания блокирует затравку.

Таким образом, выращивание монокристаллов хризоберилла предлагаемым способом обеспечивает увеличение концентрации активатора Ti³⁺ в матрице по сравнению с известными способами с 0,5-1,0 до 1,5 ат. с обеспечением оптического качества.

Формула изобретения

СПОСОБ ВЫРАЩИВАНИЯ МОНОКРИСТАЛЛОВ ХРИЗОБЕРИЛЛА, АКТИВИРОВАННЫХ ИОНАМИ ТРЕХВАЛЕНТНОГО ТИТАНА, включающий плавление исходных компонентов, затравливание на вращающуюся затравку и вытягивание монокристалла в атмосфере водородсодержащей газовой смеси, отличающийся тем, что затравливание проводят в атмосфере инертного газа, затем подают водород и продолжают вытягивание.

Изобретение относится к технологии получения теплоизоляционных материалов и может быть использовано при изготовлении изделий, стойких в химически агрессивных средах, в том числе, в области высоких температур, до 2100оС

Способ выращивания монокристаллов марганец-цинкового феррита // 1746759

Изобретение относится к области получения монокристаллических материалов методом Бриджмена для электронной техники, в частности монокристаллов марганец-цинкового феррита для магнитных головок

Ферритовый монокристаллический материал // 1732706

Изобретение относится к монокристаллическим ферритовым материалам (МКФ), предназначенным для сердечников видеоголовок сверхплотной записи, работающих в диапазоне до 50 МГц

Способ получения монокристалла сложного оксида // 1696616

Изобретение относится к синтезу монокристаллов и может быть использовано в радиоэлектронной технике

Шихта для выращивания ферритовых монокристаллов // 253953

Способ изготовления монокристаллических шпинельных пластин (варианты) // 2334835

Изобретение относится к производству изделий, имеющих шпинельную кристаллическую структуру, в том числе таких изделий как були, пластины и подложки, а также к созданию активных устройств, в которые они входят

Монокристаллическая шпинельная пластина // 2335582

Изобретение относится к производству изделий, имеющих шпинельную структуру, таких как були, пластины, подложки и т.д

Изделия из шпинели // 2336372

Изобретение относится к технологии производства изделий, имеющих шпинельную кристаллическую структуру, таких как пластины, подложки и активные устройства, в которые они входят

Способ получения пленок на основе сложных оксидов // 2048617

Изобретение относится к технологии тонкопленочных материалов и может быть использовано для получения сверхпроводящих, каталитических материалов, в магнитооптике, лазерной технике, интегральной оптике, СВЧ-технике

Способ получения пленок на основе сложных оксидов // 2048618

Поликристаллический синтетический ювелирный материал (варианты) и способ его получения // 2613520

Изобретение относится к материалам для ювелирной промышленности, а именно к искусственным материалам для изготовления имитаций природных драгоценных и полудрагоценных камней и технологии их синтеза. Предлагается создание поликристаллического ювелирного материала из окрашенной прозрачной или полупрозрачной оксидной керамики с легирующими добавками. Материал состоит из оксидных соединений, которыми являются алюмоиттриевый гранат или алюмомагниевая шпинель, для окрашивания которых используются ионы переходных и редкоземельных металлов: цинк, железо, ванадий, хром, марганец, никель, кобальт, титан, неодим, европий, тербий, иттербий, гольмий, эрбий, тулий. Способ изготовления прозрачной или полупрозрачной керамики состоит из стадий получения порошковой смеси и отжига составляющих компонентов, горячего одноосного/холодного изостатического прессования, горячего изостатического прессования и термической обработки. Достигается более широкая цветовая гамма образцов, возможность получения цветовых эффектов, обусловленных переменной по образцу концентрацией активатора или кристаллических фаз. Себестоимость изделий значительно меньше в сравнении с использованием монокристаллического материала. 3 н. и 2 з.п. ф-лы, 4 табл., 2 пр.

Способ получения нанопорошков феррита кобальта и микрореактор для его реализации // 2625981

Изобретение относится к технологии получения нанопорошков феррита кобальта в микромасштабном реакторе. Способ заключается в подаче исходных компонентов - смеси растворов солей кобальта и железа в соотношении компонентов, отвечающих стехиометрии CoFe2O4, и раствора щелочи в соотношении с растворами солей, обеспечивающем кислотность среды в диапазоне от 7 до 8, отвечающей условиям соосаждения компонентов, при этом растворы исходных компонентов подают в виде тонких струй диаметром от 50 до 1000 мкм со скоростью от 1,5 до 20 м/с, сталкивающихся в вертикальной плоскости под углом от 30° до 160°, при температуре в диапазоне от 20°С до 30°С, и давлении, близком к атмосферному, причем соотношение расходов исходных компонентов задают таким образом, что при столкновении струй образуется жидкостная пелена, в которой происходит смешивание и контакт растворов исходных компонентов. Микрореактор для осуществления способа содержит корпус 1 и патрубки 2 с соплами 3 для подачи исходных компонентов 10 и патрубок 4 для отвода продуктов, корпус 1 микрореактора имеет цилиндрическую форму с коническим днищем 5, крышку 6, патрубки 2 с соплами 3 для подачи исходных компонентов 10 выполнены с возможностью тонкой регулировки направления струи, в крышке 6 соосно корпусу 1 установлен патрубок 9 для подачи продувочного газа, а в днище 5 установлен выпускной патрубок 4 для отвода продувочного газа и продуктов реакции, причем площадь выпускного патрубка 4 в 20-50 раз превышает суммарную площадь всех патрубков для подачи исходных компонентов. В цилиндрической части корпуса могут быть установлены два или более патрубков 17 для подачи раствора поверхностно-активных веществ в виде тонких струй диаметром от 10 до 1000 мкм, направленных на жидкостную пелену контактирующих растворов исходных компонентов. Изобретение позволяет снизить температуру и давление, необходимые для проведения синтеза оксидных наноразмерных частиц феррита кобальта, снизить затраты энергии и обеспечить непрерывность процесса с возможностью его осуществления в промышленном масштабе, сократить стоимость оборудования, увеличить выход и селективность процесса, обеспечить оптимальные условия для быстропротекающих реакций за счет поддержания стабильных и эффективных гидродинамических условий контактирования реагентов и быстрого отвода продуктов реакции. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 5 ил., 2 пр.

Способ выращивания высокотемпературных монокристаллов методом синельникова-дзиова // 2626637

Изобретение относится к выращиванию высококачественных высокотемпературных монокристаллов оксидов, в том числе профилированных, например, таких как лейкосапфир алюмоиттриевый гранат, рутил, и может быть использовано в лазерной технике, ювелирной и оптических отраслях промышленности. Способ включает плавку исходной шихты в тигле и последующий рост монокристалла на затравку при одновременном охлаждении расплава и последующее охлаждение выращенного монокристалла, при этом в тигель устанавливают выполненный из тугоплавкого материла с температурой плавления выше 2300°С формообразователь с конвекционными в нижней и разгрузочными в боковых частях прорезями, в качестве исходной шихты используют поликристаллический материал или поликристалл, полученный методом плавки в холодном тигле, либо осколки монокристалла соответствующего оксида, а рост монокристаллов ведут со скоростью от 0,5 до 4 мм/ч. Технический результат изобретения состоит в повышении качества выращенных монокристаллов, в разнообразии получаемых форм при сокращении материальных и временных затрат, в возможности выращивания монокристаллов как легированных, так и без примесей. 15 з.п. ф-лы, 9 пр.

Способ получения мелкокристаллического алюмината магния // 2630112

Изобретение относится к области синтеза мелкокристаллического алюмината магния, используемого в качестве сырья для изготовления монокристаллов и светопропускающей алюмомагниевой керамики. Способ включает обработку в автоклаве паром воды исходной смеси, включающей взятые в мольном соотношении 1,0-1,2 оксигидроксид или гидроксид алюминия с оксидом магния и активирующую добавку, в качестве которой используют водный раствор глицерина (С3Н5(ОН)3) и хлорида алюминия AlCl3⋅6H2O, при этом обработку проводят сначала в докритических условиях, при температуре от 200 до 360°С и давлении пара от 1,5 до 19 МПа в течение 6-20 часов, а затем в условиях сверхкритического состояния пара воды при температуре от 370 до 420°С и давлении пара от 21,5 до 30,4 МПа в течение 1-12 часов, после чего пар воды стравливают, автоклав охлаждают до комнатной температуры, полученный алюминат магния выгружают, промывают его дистиллированной водой до достижения pH 7 промывных вод и высушивают при температуре до 70°С до постоянного веса, при этом глицерин берут в количестве 1-12 мас. %, а хлорид алюминия в количестве 0,01-0,8 мас. % относительно веса конечного продукта - алюмината магния, причем весовое отношение хлорида алюминия к глицерину составляет 0,01-0,1. Смесь порошков оксида магния и гидроксида или оксигидроксида алюминия предварительно может быть просеяна или обработана в планетарной или шаровой мельнице до образования однородной массы. Изобретение позволяет получить однофазный мелкокристаллический алюминат магния со средним размером кристаллов 0,2-0,5 мкм и содержанием основного вещества не менее 99,99%. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл., 6 пр.