ПАТЕНТНЫЙ ПОИСК В РФ
НОВЫЕ ПАТЕНТЫ, ЗАЯВКИ НА ПАТЕНТ
БИБЛИОТЕКА ПАТЕНТОВ НА ИЗОБРЕТЕНИЯ

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):,
Патентообладатель(и):Институт минералогии и петрографии СО РАН
Приоритеты:
подача заявки:
2001-09-13
публикация патента:

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.

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">-ВаВ2O4(ВВО) во флюсе.

В известном способе раствор-расплав для выращивания монокристаллов способ приготовления раствор-расплава для выращивания   монокристаллов <img src=-bab2o4, патент № 2195520" SRC="/images/patents/275/2195011/946.gif" ALIGN="ABSMIDDLE">-ВаВ2O4 готовят из соединений ВаВ2O4 и Na2Oспособ приготовления раствор-расплава для выращивания   монокристаллов <img src=-bab2o4, патент № 2195520" SRC="/images/patents/275/2195001/8226.gif" ALIGN="ABSMIDDLE">ВаВ2O4, полученных по реакциям: В2О3+ВаСО3-->ВаВ2O4+CO2;

ВаВ2O4+Na2CO3-->Na2Oспособ приготовления раствор-расплава для выращивания   монокристаллов <img src=-bab2o4, патент № 2195520" SRC="/images/patents/275/2195001/8226.gif" ALIGN="ABSMIDDLE">BaB2O4+СO2

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 способ приготовления раствор-расплава для выращивания   монокристаллов <img src=-bab2o4, патент № 2195520" SRC="/images/patents/275/2195011/946.gif" ALIGN="ABSMIDDLE">-ВаВ2O4, упрощение способа расплавления.

Указанная задача решается за счет того, что в известном способе приготовления раствор-расплава для выращивания монокристаллов способ приготовления раствор-расплава для выращивания   монокристаллов <img src=-bab2o4, патент № 2195520" SRC="/images/patents/275/2195011/946.gif" ALIGN="ABSMIDDLE">-ВаВ2O4, включающем получение шихты из соединений бария, натрия и бора и расплавление, шихту получают двухстадийным твердофазным синтезом 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.

На первой стадии при нагреве шихты из смеси ВаСО3, Н3ВО3 и Nа2СО3 при 180-200oС в течение 16-20 ч происходит полное отделение воды, содержащейся в борной кислоте по реакции дегидратации

3ВО3-->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:

способ приготовления раствор-расплава для выращивания   монокристаллов <img src=-bab2o4, патент № 2195520" SRC="/images/patents/275/2195520/2195520-1t.gif" ALIGN="ABSMIDDLE">

способ приготовления раствор-расплава для выращивания   монокристаллов <img src=-bab2o4, патент № 2195520" SRC="/images/patents/275/2195520/2195520-2t.gif" ALIGN="ABSMIDDLE">

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 CuKспособ приготовления раствор-расплава для выращивания   монокристаллов <img src=-bab2o4, патент № 2195520" SRC="/images/patents/275/2195014/945.gif" ALIGN="TOP"> показывают однофазность соединения способ приготовления раствор-расплава для выращивания   монокристаллов <img src=-bab2o4, патент № 2195520" SRC="/images/patents/275/2195011/946.gif" ALIGN="ABSMIDDLE">-ВаВ2O4 в продукте синтеза. Синтезированный метаборат бария загружают в охлажденный раствор-расплав, нагревают до полного расплавления при 930-950oС, при этом также не наблюдается протекание химических процессов в расплаве.

Экспериментально было установлено, что только в рамках заявленных режимов решается поставленная задача. На первой стадии синтеза как шихты, так и метабората бария температура не должна быть ниже 180oС, т.к. при более низких температурах разложение борной кислоты идет с образованием метаборной по реакции: Н3ВО3-->НВО22О. В этом случае над поверхностью реакционной массы наблюдается пенообразование и продукт получается в виде плотного спека. На второй стадии синтеза шихты и метабората бария превышение температур выше 700oС и 800oС соответственно, приводит к спеканию порошка из-за эффекта подплавления.

Примеры конкретного выполнения.

Пример 1. Для приготовления 1400 г раствор-расплава ВаВ2O4 с 23 мол.% Na2O навески реактивов квалификации осч: ВаСО3 - 190,8 г, Н3ВО3 - 119,5 г, Na2CO - 30,5 г общим весом 340,8 г помещали в стеклянную емкость с плотной крышкой и многократно встряхивали для перемешивания. Смесь загружали в термостойкий стеклянный стакан размером 100х100 мм. Таким образом готовили еще 5 порций, затем стаканы с шихтой помещали в разогретый до 180-200oС сушильный шкаф и выдерживали в течение 16-20 ч до достижения постоянного веса. Контроль за полным отделением воды из борной кислоты осуществляли гравиметрически. Практический вес обезвоженного продукта удовлетворяет расчетным значениям, предполагая полное разложение борной кислоты по реакции (1)

способ приготовления раствор-расплава для выращивания   монокристаллов <img src=-bab2o4, патент № 2195520" SRC="/images/patents/275/2195520/2195520-3t.gif" ALIGN="ABSMIDDLE">

Составляем пропорцию и вычисляем неизвестное:

способ приготовления раствор-расплава для выращивания   монокристаллов <img src=-bab2o4, патент № 2195520" SRC="/images/patents/275/2195520/2195520-4t.gif" ALIGN="ABSMIDDLE">

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):

способ приготовления раствор-расплава для выращивания   монокристаллов <img src=-bab2o4, патент № 2195520" SRC="/images/patents/275/2195520/2195520-5t.gif" ALIGN="ABSMIDDLE">

Составляем пропорцию и вычисляем неизвестное:

способ приготовления раствор-расплава для выращивания   монокристаллов <img src=-bab2o4, патент № 2195520" SRC="/images/patents/275/2195520/2195520-6t.gif" ALIGN="ABSMIDDLE">

где x2 - потеря веса при отделении CO2, г

способ приготовления раствор-расплава для выращивания   монокристаллов <img src=-bab2o4, патент № 2195520" SRC="/images/patents/275/2195520/2195520-7t.gif" ALIGN="ABSMIDDLE">

Составляем пропорцию и вычисляем неизвестное:

способ приготовления раствор-расплава для выращивания   монокристаллов <img src=-bab2o4, патент № 2195520" SRC="/images/patents/275/2195520/2195520-8t.gif" ALIGN="ABSMIDDLE">

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:

способ приготовления раствор-расплава для выращивания   монокристаллов <img src=-bab2o4, патент № 2195520" SRC="/images/patents/275/2195520/2195520-9t.gif" ALIGN="ABSMIDDLE">

Теоретический вес высушенной шихты: 288,0-48,5=239,5 г.

Потерю веса на стадии прокалки рассчитывали по реакции (2), составляя пропорцию:

способ приготовления раствор-расплава для выращивания   монокристаллов <img src=-bab2o4, патент № 2195520" SRC="/images/patents/275/2195520/2195520-10t.gif" ALIGN="ABSMIDDLE">

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 способ приготовления раствор-расплава для выращивания   монокристаллов <img src=-bab2o4, патент № 2195520" SRC="/images/patents/275/2195011/946.gif" ALIGN="ABSMIDDLE">-ВаВ2O4, существенно сократив потери легколетучих компонентов, уменьшить трудоемкость операций, сделать процесс более безопасным и увеличить срок службы платиновых тиглей.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ приготовления раствор-расплава 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, включающий получение шихты из соединений бария, натрия и бора и расплавление, отличающийся тем, что шихту получают двустадийным твердофазным синтезом 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.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в раствор-расплав после проведения цикла выращивания вводят метаборат бария, полученный двустадийным твердофазным синтезом из смеси карбоната бария и борной кислоты, причем температура второй стадии составляет 780-800oС.

Патентный поиск по классам МПК-8:

Класс C30B9/12 солевые растворители, например выращивание из флюсов

Патенты РФ в классе C30B9/12:
способ выращивания монокристаллов литий-висмутового молибдата -  патент 2519428 (10.06.2014)
способ выращивания кристалла методом киропулоса -  патент 2494176 (27.09.2013)
способ выращивания монокристаллов литий-магниевого молибдата -  патент 2487968 (20.07.2013)
способ выращивания монокристаллов нитрида галлия -  патент 2477766 (20.03.2013)
способ выращивания объемных монокристаллов александрита -  патент 2471896 (10.01.2013)
способ получения монокристаллов высокотемпературных сверхпроводящих соединений типа "123" -  патент 2434081 (20.11.2011)
способ выращивания объемных монокристаллов хризоберилла и его разновидностей -  патент 2315134 (20.01.2008)
устройство для выращивания монокристаллов сложных окислов -  патент 2245945 (10.02.2005)
способ получения высокотемпературных сверхпроводниковых соединений -  патент 2182194 (10.05.2002)
способ гомогенизации раствор-расплавов или расплавов при выращивании монокристаллов -  патент 2164561 (27.03.2001)

Класс C30B29/10 неорганические соединения или композиции

Патенты РФ в классе C30B29/10:
способ создания на подложках монокристаллических пленок твердого раствора висмут-сурьма -  патент 2507317 (20.02.2014)
подложка для выращивания эпитаксиальных слоев арсенида галлия -  патент 2489533 (10.08.2013)
способ получения эпитаксиальных пленок твердого раствора (sic)1-x(aln)x -  патент 2482229 (20.05.2013)
тигель для выращивания монокристаллического слитка карбида кремния с нитридом алюминия и гетероструктур на их основе -  патент 2425914 (10.08.2011)
ферромагнитная полупроводниковая гетероструктура -  патент 2425184 (27.07.2011)
способ получения трехмерного фотонного кристалла на основе пленки опала с кремнием -  патент 2421551 (20.06.2011)
способ получения оптической среды на основе наночастиц sio2 -  патент 2416681 (20.04.2011)
способ получения на подложке кальций-фосфатного покрытия -  патент 2372101 (10.11.2009)
подложка для выращивания эпитаксиальных слоев нитрида галлия -  патент 2369669 (10.10.2009)
способ получения композиционного материала на основе фотонных кристаллов из оксида кремния -  патент 2358895 (20.06.2009)


Наверх