RU2291919C1 - Method for growing lithium iodate monocrystal out of solution at continuous drawing of grown crystal outside growth chamber - Google Patents
Method for growing lithium iodate monocrystal out of solution at continuous drawing of grown crystal outside growth chamber Download PDFInfo
- Publication number
- RU2291919C1 RU2291919C1 RU2005135028/15A RU2005135028A RU2291919C1 RU 2291919 C1 RU2291919 C1 RU 2291919C1 RU 2005135028/15 A RU2005135028/15 A RU 2005135028/15A RU 2005135028 A RU2005135028 A RU 2005135028A RU 2291919 C1 RU2291919 C1 RU 2291919C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- growing
- growth chamber
- crystal
- lithium iodate
- mono
- Prior art date
Links
Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к способам получения монокристаллов йодата лития, в том числе профилированных, применяемых в лазерной физике, акустоэлектронике, оптоэлектронике для реализации пьезоэлектрических и нелинейно-оптических эффектов и позволяет перейти от традиционных периодических технологических процессов выращивания монокристаллов из водных и иных растворов к технологическим процессам непрерывного действия при получении неорганических материалов заданной высокой степени чистоты и структурной однородности.The invention relates to methods for producing lithium iodate single crystals, including profiled, used in laser physics, acoustoelectronics, optoelectronics for the implementation of piezoelectric and nonlinear optical effects and allows you to switch from traditional periodic technological processes of growing single crystals from aqueous and other solutions to continuous technological processes upon receipt of inorganic materials of a given high degree of purity and structural homogeneity.
Известен способ выращивания монокристаллов с подпиткой маточного раствора (Кристаллография, 1961, т.6, вып.1, с.146). Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ выращивания монокристаллов йодата лития, в том числе профилированных, гексагональной модификации на затравку z-среза заданной формы изотермическим испарением водного раствора йодата лития (SU 1605584, М.кл. С 30 В 7/02, 29/22, 27.04.1996). Для этих способов, как и для всех существующих методов выращивания монокристаллов из растворов, характерна ограниченность рабочего (производственного) цикла. Действительно, в процессах выращивания монокристаллов при изотермическом испарении растворителя продолжительность рабочего цикла ограничена фиксированным объемом маточного раствора в ростовой камере кристаллизатора. В процессах выращивания монокристаллов, связанных с регулированием температуры маточного раствора, ограничение определяется не только и не столько количеством растворенного вещества, сколько шириной реального допустимого температурного интервала для этого вещества. Несколько увеличить продолжительность процесса выращивания и размер получаемого монокристалла позволяет применение твердофазной или жидкофазной подпитки маточного раствора. Но и в этом случае процесс ограничен по своей продолжительности объемом ростовой камеры и имеющимся конкретным запасом подпитки.A known method of growing single crystals with feeding the mother liquor (Crystallography, 1961, t.6, issue 1, s.146). The closest in technical essence and the achieved result is a method of growing single crystals of lithium iodate, including profiled, hexagonal modification to the seed of a z-section of a given shape by isothermal evaporation of an aqueous solution of lithium iodate (SU 1605584, Mcl. C 30 V 7/02, 29/22, 04/27/1996). For these methods, as well as for all existing methods of growing single crystals from solutions, the limited working (production) cycle is characteristic. Indeed, in the processes of growing single crystals during isothermal evaporation of the solvent, the duration of the working cycle is limited by a fixed volume of the mother liquor in the growth chamber of the crystallizer. In the processes of growing single crystals associated with controlling the temperature of the mother liquor, the restriction is determined not only and not so much by the amount of dissolved substance, but by the width of the real allowable temperature range for this substance. The use of solid-phase or liquid-phase feeding of the mother liquor allows to slightly increase the duration of the growing process and the size of the obtained single crystal. But in this case, the process is limited in its duration by the volume of the growth chamber and the existing specific supply of recharge.
Помимо указанных принципиально неустранимых недостатков каждому из перечисленных процессов свойственны и другие серьезнейшие дефекты системного характера. Все без исключения современные процессы выращивания монокристаллов из растворов неизбежно сопряжены со сложной организационной технологической структурой. Эта структура включает в себя подготовку аппаратуры кристаллизатора, подготовку маточного раствора и затравки, отработку режима формирования монокристалла на начальной стадии и его последующего разращивания и т.д. вплоть до отработки режима эвакуации готового монокристалла из ростовой камеры кристаллизатора. Во всех случаях окончание процесса и извлечение монокристалла из ростовой камеры сопровождается полным демонтажом кристаллизатора.In addition to these fundamentally irreparable defects, each of the above processes also has other serious systemic defects. Without exception, all modern processes of growing single crystals from solutions are inevitably associated with a complex organizational technological structure. This structure includes the preparation of crystallizer equipment, the preparation of the mother liquor and the seed, the development of the mode of formation of a single crystal at the initial stage and its subsequent growth, etc. up to the development of the evacuation mode of the finished single crystal from the growth chamber of the mold. In all cases, the end of the process and the extraction of the single crystal from the growth chamber is accompanied by the complete dismantling of the mold.
Многократный переход от одной технологической операции к другой, периодический демонтаж кристаллизатора неизбежно сопряжены с преодолением множества переходных состояний, механизмы которых в последовательных производственных циклах могут различаться между собой и приводить в результате к различиям в структуре и свойствах выращиваемых монокристаллов. Другая группа дефектов кристаллической структуры формируется уже непосредственно внутри каждого отдельно взятого производственного цикла и связана с принципиальной нестабильностью следующих технологических параметров:Repeated transition from one technological operation to another, periodic dismantling of the mold is inevitably associated with overcoming many transition states, the mechanisms of which in successive production cycles can differ from each other and result in differences in the structure and properties of the grown single crystals. Another group of defects in the crystal structure is formed directly inside each individual production cycle and is associated with the fundamental instability of the following technological parameters:
- количество маточного раствора монотонно убывает с ростом кристалла. При этом постоянно понижается уровень маточного раствора в ростовой камере, что постоянно меняет характер циркуляции раствора,- the amount of the mother liquor decreases monotonically with crystal growth. In this case, the level of the mother liquor in the growth chamber is constantly reduced, which constantly changes the nature of the circulation of the solution,
- непрерывно изменяется химический состав маточного раствора, в котором убывает количество растворителя (и растворенного вещества), и изменяется содержание сопутствующих микропримесей,- the chemical composition of the mother liquor is continuously changing, in which the amount of solvent (and solute) decreases, and the content of associated microimpurities changes,
- а также ряд других параметров процесса.- as well as a number of other process parameters.
Технический результат изобретения заключается в создании непрерывного технологического процесса получения монокристаллов постоянного сечения с заданной кристаллографической ориентировкой, исключающего периодический демонтаж кристаллизатора и повторения многочисленных промежуточных операций. Он обеспечивается предлагаемым способом выращивания монокристалла йодата лития гексагональной модификации на затравку z-среза заданной формы изотермическим испарением водного раствора йодата лития, в котором затравку, скрепленную с вытягивающим механизмом, размещают внутри и вблизи нижнего обреза соответствующей профилированной трубки, введенной в ростовую камеру и выходящей верхним обрезом за ее пределы, с последующим, по мере роста, вытягиванием растущего кристалла через эту трубку за пределы ростовой камеры.The technical result of the invention is to create a continuous process for producing single crystals of constant cross section with a given crystallographic orientation, eliminating the periodic dismantling of the mold and the repetition of numerous intermediate operations. It is provided by the proposed method of growing a single crystal of lithium iodate of hexagonal modification into a z-section seed of a given shape by isothermal evaporation of an aqueous solution of lithium iodate, in which a seed bonded with a pulling mechanism is placed inside and near the lower edge of the corresponding shaped tube inserted into the growth chamber and leaving the upper a cutoff beyond its limits, followed by, as it grows, pulling the growing crystal through this tube outside the growth chamber.
В процессе роста монокристалла также могут осуществлять непрерывную подпитку маточного раствора.During the growth of a single crystal, they can also continuously feed the mother liquor.
Изобретение поясняется чертежом, на котором отображены основные элементы и устройства, позволяющие достигнуть необходимого технического результата.The invention is illustrated in the drawing, which shows the main elements and devices that allow to achieve the necessary technical result.
Способ осуществляется следующим образом. Вытягивающее устройство 1 соединено с затравкой 3 и растущим кристаллом 4 перемещает их из ростовой камеры 5 через профилированную (эвакуационную) трубку 2 за пределы ростовой камеры. Скорость вытягивания равна линейной скорости кристаллизации. Синхронно с перемещением затравки с растущим кристаллом из подпитывающего устройства 6 в ростовую камеру 5 поступает соответствующее количество жидкой подпитки. Уровень маточного раствора в ростовой камере сохраняется строго постоянным в продолжение всего процесса вытягивания монокристалла из раствора.The method is as follows. The pulling device 1 is connected to the seed 3 and the growing crystal 4 moves them from the growth chamber 5 through the profiled (evacuation) tube 2 outside the growth chamber. The drawing speed is equal to the linear crystallization rate. Synchronously with the movement of the seed with the growing crystal from the feed device 6, the corresponding amount of liquid feed enters the growth chamber 5. The level of the mother liquor in the growth chamber remains strictly constant throughout the entire process of drawing a single crystal from the solution.
Существенной конструктивной особенностью предлагаемого способа выращивания монокристаллов является наличие особой профилированной (эвакуационной) трубки, соединяющей ростовую камеру с пространством за пределами ростовой камеры. Исходное расположение затравки (а впоследствии и нижнего края растущего кристалла) вблизи нижнего обреза профилированной трубки обеспечивает стабильность условий кристаллизации. Вытягивающее устройство позволяет непрерывно перемещать растущий кристалл за пределы ростовой камеры через профилированную трубку, обеспечивая продолжение непрерывного технологического процесса, а также допускает частичную разделку выращенного кристалла. Скорость вытягивания плавно регулируется в широких пределах и соответствует фактической скорости кристаллизации. Подпитывающее устройство поддерживает на постоянном уровне маточный раствор в ростовой камере.An essential design feature of the proposed method for growing single crystals is the presence of a special profiled (evacuation) tube connecting the growth chamber with the space outside the growth chamber. The initial location of the seed (and subsequently the lower edge of the growing crystal) near the lower edge of the shaped tube ensures the stability of crystallization conditions. A pulling device allows you to continuously move the growing crystal outside the growth chamber through a profiled tube, ensuring the continuation of the continuous technological process, and also allows partial cutting of the grown crystal. The drawing speed is continuously adjustable over a wide range and corresponds to the actual crystallization rate. The feeding device maintains the mother liquor in the growth chamber at a constant level.
Описываемый способ ведет себя как вполне устойчивый одностадийный технологический процесс, протекающий в оптимальном режиме, что обеспечивает ему ряд серьезных преимуществ:The described method behaves as a completely stable one-stage technological process proceeding in the optimal mode, which provides it with a number of serious advantages:
- практически неограниченные размеры выращиваемых кристаллов в направлении вытягивания;- almost unlimited size of the grown crystals in the direction of drawing;
- высокая стабильность технологических параметров (количество и уровень маточного раствора);- high stability of technological parameters (quantity and level of mother liquor);
- возможность выращивания монокристаллов высокой чистоты за счет достижения значительных степеней кристаллизационной очистки;- the possibility of growing single crystals of high purity due to the achievement of significant degrees of crystallization treatment;
- возможность управления составом выращиваемых кристаллов в широких пределах за счет легирования маточного раствора через подпитывающее устройство;- the ability to control the composition of the grown crystals in a wide range due to the doping of the mother liquor through a feeding device;
- позволяет получать на одном монокристалле по мере его вытягивания из раствора участки с различными примесями и их концентрациями за счет ввода в растущий кристалл легирующих примесей заданного состава вместе с подпитывающим раствором;- allows you to get on one single crystal as it is pulled out of the solution sections with different impurities and their concentrations due to the introduction of doping impurities of a given composition into the growing crystal along with a recharge solution;
- возможно применение современных управляющих ЭВМ с целью практически полной автоматизации процесса выращивания монокристаллов из водных растворов;- it is possible to use modern control computers with the aim of almost completely automating the process of growing single crystals from aqueous solutions;
- значительно повышает выход пригодного для дальнейшего использования объема монокристалла. Это происходит за счет практически не ограниченного изменения соотношения между начальной 7, содержащей дефекты (захват маточного раствора и пр.) зоной регенерации - «фантомом», и последующим совершенным объемом монокристалла 4.- significantly increases the yield of a monocrystal volume suitable for further use. This occurs due to an almost unlimited change in the ratio between the initial 7, containing defects (capture of the mother liquor, etc.), the regeneration zone - the "phantom", and the subsequent perfect volume of the single crystal 4.
Способ иллюстрируется следующими примерами.The method is illustrated by the following examples.
Пример 1.Example 1
Монокристаллы гексагональной модификации йодата лития вытягивали из водного насыщенного раствора LiIO3 при температуре 40°С, используя плоские скругленные затравки толщиной 2 мм и диаметром 15-16 мм, изготовленные из z-срезов монокристалла йодата лития, которые размещались вблизи нижнего обреза профилированной (эвакуационной) трубки. При этом использовали в качестве профилированных трубки круглого сечения диаметром несколько большим, чем диаметры затравок. Используемая ростовая камера оборудована термостатом и работала в режиме изотермического испарения с непрерывным контролируемым отбором конденсата. По мере роста монокристалл с затравкой вытягивался с помощью специального вытягивающего устройства внутри профилированной (эвакуационной) трубки, а затем через ее продолжение и за пределы ростовой камеры, при этом в ростовой камере поддерживался постоянный уровень маточного раствора за счет подпитки насыщенным раствором основного вещества.Single crystals of hexagonal modification of lithium iodate were drawn from an aqueous saturated LiIO 3 solution at a temperature of 40 ° C using flat rounded seeds with a thickness of 2 mm and a diameter of 15-16 mm, made from z-sections of a single crystal of lithium iodate, which were placed near the lower edge of the shaped (evacuation) tube. In this case, round shaped tubes with a diameter slightly larger than the diameters of the seeds were used as profiled tubes. The growth chamber used was equipped with a thermostat and worked in the isothermal evaporation mode with continuous controlled condensate extraction. As it grew, the single crystal with the seed was drawn using a special drawing device inside the profiled (evacuation) tube, and then through its extension beyond the growth chamber, while the growth chamber was maintained at a constant level of the mother liquor by feeding a saturated solution of the basic substance.
Выращенные кристаллы имели в сечении размеры от 15,5 до 16,5 мм и достигали длины 50-60 мм за период роста около 45 суток, что соответствует линейной скорости кристаллизации около 0,8 мм, которая несколько превышает скорости кристаллизации, обычно применяемые для выращивания кристаллов йодата лития. Вытянутые из раствора монокристаллы, сохраняя естественную огранку, имели на поверхности легкую штриховку сходную со штриховкой монокристаллов, выращенных методом вытягивания из расплава (кремний, ниобат лития и пр.). В объеме полученные монокристаллы не имели видимых невооруженным глазом дефектов.The grown crystals had sizes from 15.5 to 16.5 mm in cross section and reached a length of 50-60 mm for a growth period of about 45 days, which corresponds to a linear crystallization rate of about 0.8 mm, which is slightly higher than the crystallization rates commonly used for growing crystals of lithium iodate. The single crystals drawn from the solution, preserving the natural faceting, had a light hatching on the surface similar to the hatching of single crystals grown by melt drawing (silicon, lithium niobate, etc.). In volume, the obtained single crystals did not have defects visible to the naked eye.
Пример 2.Example 2
Выращивались профилированные монокристаллы йодата лития в условиях и методом, описанным в предыдущем примере со следующими изменениями:Profiled single crystals of lithium iodate were grown under the conditions and method described in the previous example with the following changes:
- использовались прямоугольные затравки, изготовленные из пластин z-срезов монокристалла йодата лития размерами 5×20×2 мм.- used rectangular seeds made of z-slices of a single crystal of lithium iodate single crystal with dimensions of 5 × 20 × 2 mm
- затравка размещалась вблизи нижнего обреза профилированной (эвакуационной) трубки, сечение которой соответствовало форме затравки (т.е. прямоугольное).- the seed was placed near the lower edge of the profiled (evacuation) tube, the cross section of which corresponded to the shape of the seed (i.e. rectangular).
Как и в предыдущем примере, методом вытягивания получены монокристаллы, но уже профилированные. Профилированные кристаллы, как и в предыдущем примере, имели на внешней призматической поверхности незначительную штриховку, но внутри объема монокристаллы не имели видимых невооруженным глазом дефектов. При вытягивании профилированных кристаллов также наблюдалось увеличенная линейная скорость роста, несколько превосходящая общепринятые параметры при выращивании монокристаллов йодата лития.As in the previous example, single crystals were obtained by drawing, but already profiled. The shaped crystals, as in the previous example, had a slight hatching on the outer prismatic surface, but the single crystals had no defects visible to the naked eye inside the volume. When the shaped crystals were drawn, an increased linear growth rate was also observed, slightly exceeding the generally accepted parameters when growing lithium iodate single crystals.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005135028/15A RU2291919C1 (en) | 2005-11-14 | 2005-11-14 | Method for growing lithium iodate monocrystal out of solution at continuous drawing of grown crystal outside growth chamber |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005135028/15A RU2291919C1 (en) | 2005-11-14 | 2005-11-14 | Method for growing lithium iodate monocrystal out of solution at continuous drawing of grown crystal outside growth chamber |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2291919C1 true RU2291919C1 (en) | 2007-01-20 |
Family
ID=37774703
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2005135028/15A RU2291919C1 (en) | 2005-11-14 | 2005-11-14 | Method for growing lithium iodate monocrystal out of solution at continuous drawing of grown crystal outside growth chamber |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2291919C1 (en) |
-
2005
- 2005-11-14 RU RU2005135028/15A patent/RU2291919C1/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Feigelson | Crystal growth History: Theory and melt growth processes | |
US8771379B2 (en) | Crystal growth in solution under static conditions | |
RU2291919C1 (en) | Method for growing lithium iodate monocrystal out of solution at continuous drawing of grown crystal outside growth chamber | |
DE1544338A1 (en) | Breeding of lithium niobate crystals | |
Bhalla et al. | Crystal growth of antimony sulphur iodide | |
DE112009004496B4 (en) | Process for the production of single crystals | |
DE19502029A1 (en) | Bulk single crystal zinc selenide prodn. | |
DE102004048454B4 (en) | Process for the preparation of Group III nitride bulk crystals or crystal layers from molten metal | |
EP0642603B1 (en) | Single cesium titanyl arsenate-type crystals and their preparation | |
RU2528995C1 (en) | Method of producing large-size gallium antimonide monocrystals | |
Silambarasan et al. | Growth of high quality bulk size single crystals of inverted solubility lithium sulphate monohydrate | |
CN105970286B (en) | A kind of method of more crucible liquid phase epitaxy SiC crystals | |
RU2534106C1 (en) | Method of obtaining big-volume monocrystals of gallium antimonide with low dislocation density | |
CN104294366B (en) | Cultivation method of centimeter-level HMX monocrystals | |
RU2462541C2 (en) | Method of producing indium phosphide monocrystals | |
RU2556114C2 (en) | Method of growing sodium-bismuth molybdate monocrystals | |
US3748102A (en) | Cesium dideuterium arsenate crystallization process and solution | |
RU2540555C2 (en) | Methods of growing monocrystals of potassium-barium molybdate | |
Feigelson | Growth of single crystal fibers for optical applications | |
RU2038433C1 (en) | Method for growing of single crystals of chrysoberyl activated with ions of trivalent titanium | |
DE102006029830A1 (en) | Growing of deuterated alanine doped triglycine sulfate monocrystals from a solution for night vision device, comprises arranging a crystal holder in a chamber of a device and pumping the solution in a circulation with the chamber | |
RU2056463C1 (en) | Method for geowing of refractory single crystals | |
RU2482228C1 (en) | Method for production of indium ammonide large-size monocrystals | |
RU2560402C1 (en) | Method for monocrystal growing from molten metal | |
CN117185338A (en) | Slurry concentration control method for crystallization process of large-particle copper sulfate |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20091115 |