способ приготовления раствор-расплава для выращивания монокристаллов 
-bab2o4
| Классы МПК: | C30B9/12 солевые растворители, например выращивание из флюсов C30B29/10 неорганические соединения или композиции |
| Автор(ы): | Кононова Н.Г., Кох А.Е. |
| Патентообладатель(и): | Институт минералогии и петрографии СО РАН |
| Приоритеты: |
подача заявки:
2001-09-13 публикация патента:
27.12.2002 |
Изобретение относится к области получения монокристаллов, в частности к способу получения раствор-расплавов для выращивания монокристаллов ![способ приготовления раствор-расплава для выращивания монокристаллов <img src=]()
-bab2o4, патент № 2195520" SRC="/images/patents/275/2195011/946.gif" ALIGN="ABSMIDDLE">-ВаВ2О4 (ВВО) во флюсе. Сущность изобретения: двустадийным твердофазным синтезом получают шихту путем нагрева смеси карбоната бария, карбоната натрия и борной кислоты при 180-200oС в течение 16-20 ч и при 680-700oС в течение 8 ч. Для многократного использования приготовленного раствор-расплава в ростовых процессах после каждого цикла роста в оставшийся раствор-расплав добавляют основное соединение - метаборат бария, масса которого равна массе выращенного кристалла. Метаборат бария получают двустадийным твердофазным синтезом из смеси карбоната бария и борной кислоты в соответствии с режимами проведения твердофазного синтеза шихты, причем температура второй стадии составляет 780-800oС. Изобретение позволяет упростить способ расплавления и решает задачу повышения воспроизводимости получения заданного состава раствор-расплава. 1 з.п. ф-лы.
Формула изобретения
1. Способ приготовления раствор-расплава для выращивания монокристалловОписание изобретения к патенту
Изобретение относится к области получения монокристаллов, в частности к способу получения раствор-расплавов для выращивания монокристалловВаВ2O4+Na2CO3-->Na2O
плавлением смеси исходных реактивов при 1200oС [Cheng L.K., Bosenberg W. , Tang C. L. Growth and characterization of low temperature phase barium metaborate crystals. - J.of Crystal Growth, 1988, v.89, p.553-559]. Вероятность потери легколетучих компонентов (Na2O и В2O3) при нагревании до высоких температур, трудность извлечения охлажденных расплавов из тигля являются ограничениями в использовании этого способа. Наиболее близким является способ получения раствор-расплава, согласно которому небольшие порции смеси реактивов ВаСО3, В2О3 и Nа2В4O7 помещают в платиновый тигель и нагревают при 1025oС до получения расплава [Feigelson R. S. , Rayamakers R. J. , Route R. K. Solution growth of barium metaborate crystals by top seeding. - J.of Crystal Growth, 1989, v.97, p.352-366]. После прекращения химической реакции тигель с расплавом вынимают из печи, добавляют очередную порцию навески и возвращают в разогретую печь. Подготовленный таким образом раствор-расплав представляет собой определенную смесь ВаО, В2О3 и Na2O. К недостаткам этого способа можно отнести интенсивное протекание химических процессов в момент выделения СО2 при высоких температурах, что приводит к сильному вспениванию раствор-расплава и возможным его механическим потерям. Добавка порционных количеств шихты в горячий тигель достаточно трудоемкая операция, небезопасная из-за токсичности соединений бария. Кроме того, многократные процессы затвердевания и плавления в таких способах наплавки приводят к деформациям платиновых тиглей и уменьшает их срок службы. Задачей предлагаемого изобретения является повышение воспроизводимости получения заданного состава раствор-расплава для выращивания монокристаллов
2Н3ВО3-->В2О3+3Н2O. (1)
На второй стадии при нагреве обезвоженной шихты при 680-700oС в течение 8 ч происходит полное разложение карбонатов бария и натрия по следующим реакциям:
По окончании синтеза шихту, содержащую ВаО, В2O3 и Na2O расплавляют при 930-950oС. При этом процесс плавления не сопровождается газовыделением и вспениваем из-за отсутствия интенсивных химических реакций в расплаве, которые завершились в процессе проведения двухстадийного твердофазного синтеза. Для многократного использования приготовленного раствор-расплава в ростовых процессах после каждого цикла роста в оставшийся раствор-расплав необходимо добавлять основное соединение - метаборат бария, масса которого равна массе выращенного кристалла. Метаборат бария получают двухстадийным твердофазным синтезом из смеси карбоната бария и борной кислоты в соответствии с режимами проведения твердофазного синтеза шихты, причем температура второй стадии составляет 780-800oС. Результаты рентгенофазового анализа на дифрактометре ДРОН-3 с излучением CuK
Составляем пропорцию и вычисляем неизвестное:
где х1 - потеря H2O, г. Теоретический вес высушенной шихты: 340,8-52,2=288,6 г. Просушенный продукт в виде рыхлой массы извлекали из стакана и растирали в фарфоровой ступке до однородного состояния. Каждую порцию готовили отдельно, чтобы осуществить контроль за изменением веса на последующей стадии. Порошки загружали в платиновые тигли и нагревали в муфельной печи при 700oС в течение 8 ч. На этой стадии твердофазный синтез сопровождается выделением углекислого газа по реакциям (2) и (3):
Составляем пропорцию и вычисляем неизвестное:
где x2 - потеря веса при отделении CO2, г
Составляем пропорцию и вычисляем неизвестное:
где x3 - потеря веса при отделении СО2, г. Теоретический вес конечной шихты: 288,6-42,6-12,7=233,3 г. После второй стадии обработки готовая шихта не образует спека и представляет собой белую порошкообразную массу, содержащую ВаО - 148,2 г, В2О3 - 67,3 г и Na2O - 17,8 г. Общий вес готовой шихты составил 1394 г с выходом 99,6%. Для получения расплава порошок загружали в платиновый тигель диаметром и высотой по 100 мм и нагревали до 930-950oС в ростовой печи. При плавлении не наблюдалось вспенивания и газовыделения. Пример 2. Для приготовления раствор-расплава после цикла выращивания кристалла ВВО весом 200 г в остаточный расплав добавляли синтезированный метабората бария. Для приготовления 200 г ВаВ2O4 навески реактивов квалификации осч: ВаСО3 - 177,1 г, Н3ВО3 - 110,9 г общим весом 288 г смешивали, сушили и прокаливали по способу, описанному в примере 1. Потерю воды из борной кислоты при сушке рассчитывали по реакции (1), составляя пропорцию:
Теоретический вес высушенной шихты: 288,0-48,5=239,5 г. Потерю веса на стадии прокалки рассчитывали по реакции (2), составляя пропорцию:
Теоретический вес метабората бария: 239,5-39,5=200 г. Практический выход готового продукта составлял в среднем из 8 операций 199,6 г с выходом 99,8%. Готовый порошок метабората бария загружали в охлажденный тигель с остаточным раствор-расплавом, нагревали до полного расплавления при 930-950oС. При загрузке синтезированного метабората бария в тигель порошок необходимо уплотнить в центральной части охлажденного расплава, чтобы избежать прилипания его к стенкам платинового тигля при нагреве. Синтезированный метаборат бария может длительное время храниться в стеклянной закупоренной таре и использоваться для подготовки раствор-расплава после каждого ростового цикла. Таким образом, предлагаемым способом можно приготовить раствор-расплав для выращивания монокристаллов
Класс C30B9/12 солевые растворители, например выращивание из флюсов
Класс C30B29/10 неорганические соединения или композиции
