專利名稱：磷酸二氫鉀孿晶的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及兩塊磷酸二氫鉀(KDP)的結(jié)合成孿晶的方法，它主要是一種采用晶體拋光后再進(jìn)行熱處理的方法，通過分子擴(kuò)散使兩塊大小相同晶體結(jié)合的方法，并且結(jié)合面具有良好的機(jī)械性能，屬無(wú)機(jī)晶體材料制備工藝技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近些年來(lái)，有關(guān)“負(fù)折射率”人工媒質(zhì)的研究成為一個(gè)引人注目的前沿領(lǐng)域，并引發(fā)了許多的可能應(yīng)用。在一定入射角范圍內(nèi)，兩塊晶體界面對(duì)光波有等效負(fù)折射和全透射現(xiàn)象。由此，我們可以自主設(shè)計(jì)晶體結(jié)構(gòu)，使晶體界面實(shí)現(xiàn)全角度內(nèi)的等效負(fù)折射現(xiàn)象，并盡可能地補(bǔ)償晶體的色散和雙折射。同時(shí)，我們還可以優(yōu)化晶體結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)濾波、波分復(fù)用、 角色散、色散補(bǔ)償、電光調(diào)制器件等用途，其應(yīng)用前景非常的有潛力。自然界天然孿晶比較少，質(zhì)量也不高。我們采用熱鍵合的方法，可以將兩塊晶體很好結(jié)合起來(lái)，結(jié)合面能夠承受一定的機(jī)械強(qiáng)度，再借鑒水溶液降溫法生長(zhǎng)晶體就可制備光學(xué)性質(zhì)良好的孿晶。目前，沒有找到有關(guān)KDP晶體結(jié)合的此種方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)目前自然界孿晶稀少，單一的光膠法和水溶液法制備的KDP 孿晶質(zhì)量不高，不完美，并且大小不易控制。故提出一種新的KDP晶體結(jié)合的工藝方法，可以在一般實(shí)驗(yàn)室中廣泛進(jìn)行。本發(fā)明磷酸二氫鉀孿晶的制備采用了拋光后再進(jìn)行熱處理，最后采用飽和溶液降溫結(jié)晶的制取方法來(lái)制得孿晶，該方法的特征是具有以下的制備過程和步驟
a.將一塊外形完整的磷酸二氫鉀(KDP)晶體切掉兩錐頂，剩下的部分切取兩段，用細(xì)砂紙將這兩段晶體按一定角度方向粗磨，以2和2’為長(zhǎng)方體的底面用細(xì)砂紙磨去多余的晶體，使晶體成長(zhǎng)方體形狀，再對(duì)欲結(jié)合的兩個(gè)面進(jìn)行細(xì)磨，最后兩段晶體應(yīng)磨成大小相同且能夠完全重合；
b.對(duì)晶體進(jìn)行拋光，用W2.5規(guī)格的人造金剛石研磨膏，在孔徑為0. 22微米的混合纖維素微孔濾膜上拋光；微孔濾膜為Φ 100毫米CA-CN膜水膜醋酸纖維素混合纖維微孔濾膜，由于該微孔濾膜表面平滑，微孔結(jié)構(gòu)均勻，適合拋光物體；待晶體表面沒有任何劃痕時(shí)，用無(wú)水乙醇作潤(rùn)滑劑和清洗劑在混合纖維素微孔濾膜上再一次拋光，直到在燈光下觀察，沒有任何劃痕；
c.將晶體的兩個(gè)拋光面對(duì)應(yīng)重合，并且提供490帕左右的壓強(qiáng)，最后放入剛玉方舟中；
d.輕輕將載有KDP晶體的剛玉方舟放入GSL1600X型真空管式爐中，爐子的加熱條件設(shè)置成經(jīng)過1440分鐘使?fàn)t中溫度由室溫升至180 190° C，再保溫大于1880分鐘，最后以 0. 10 0. 25° C/min的降溫速度降至室溫；
e.待爐子完成加熱時(shí)，小心取出剛玉方舟；最終兩塊KDP晶體結(jié)合在一起，并且兩光軸成一定角度；f.把已結(jié)合的磷酸二氫鉀晶體的棱磨掉，成一圓柱形，套入軟橡膠管中并且露出一定長(zhǎng)度的晶體，然后將露出的晶體細(xì)磨成一截頂圓錐形，然后進(jìn)行拋光處理；
g.配制好磷酸二氫鉀(KDP)飽和溶液溶質(zhì)KDP為分析純經(jīng)過一次重結(jié)晶的提純產(chǎn)品， 溶劑為三次蒸餾水；先用0. 22微米微孔濾膜過濾溶液，然后測(cè)出KDP溶液飽和溫度；再加熱該溶液提高至原飽和溫度之上15°C的溫度，在該溫度下預(yù)熱48小時(shí)；然后將溶液溫度下降到高出原飽和溫度5°C的溫度；
h.把套有磷酸二氫鉀的晶體放入溶液中，等放入的晶體稍溶解后，將溶液溫度下降到測(cè)定的飽和溫度，并按設(shè)計(jì)的程序降溫，使晶體在溶液中良好生長(zhǎng)；最后取出晶體，用過濾紙吸干晶體表面的溶液，最終制得兩光軸成45°的磷酸二氫鉀孿晶。本發(fā)明方法的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)如下
(1)本發(fā)明用來(lái)結(jié)合的兩段KDP晶體是由同一單晶切割下來(lái)的，具有同樣的晶體性質(zhì)和光子性能，并且去除了兩錐頂。(2)本發(fā)明以分子擴(kuò)散理論為基礎(chǔ)，對(duì)實(shí)驗(yàn)條件要求不是很高，晶體結(jié)合工藝簡(jiǎn)單，且不引進(jìn)其它雜質(zhì)。(3)本發(fā)明對(duì)磷酸二氫鉀晶體進(jìn)行拋光用的混合纖維素微孔濾膜是Φ100毫米 CA-CN膜水膜醋酸纖維素混合纖維微孔濾膜(孔徑為0. 22微米)。


圖1為本發(fā)明結(jié)合KDP晶體時(shí)籽晶處理的平面圖(圖中虛線表示切割方向，虛點(diǎn)線表示打磨方向)。圖2為經(jīng)過處理后底面是2和2’的立體圖(長(zhǎng)方體)，并且2和2’面是拋光面。圖3為兩塊KDP晶體的結(jié)合圖，接觸面為2和2’面。圖4為處理后的磷酸二氫鉀晶體嵌套在軟橡膠管的平面圖。圖5為處理后的磷酸二氫鉀晶體立體圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)結(jié)合附圖把本發(fā)明實(shí)施例更進(jìn)一步詳細(xì)敘述如下
1、培養(yǎng)KDP單晶①用提純后的KDP原料按溶解度公式在燒杯中配制高于室溫5°C的 KDP飽和液溶若干，稍過熱后注入大小適中的培養(yǎng)皿中，用表面皿蓋好，讓其在室溫下冷卻結(jié)晶，若干時(shí)間后挑選出尺寸較大、外形較好的“晶芽”用不銹鋼鑷子取出并用濾紙吸干表面，為了讓晶芽長(zhǎng)的大點(diǎn)，通常把表面皿掀開一條縫來(lái)控制蒸發(fā)；②上述的晶芽還不夠大， 不可直接用于KDP孿晶生長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)，為此把晶芽當(dāng)成籽晶，繼續(xù)培養(yǎng)成可供實(shí)驗(yàn)使用的單晶。 最終培養(yǎng)出優(yōu)質(zhì)、橫截面積較為理想、外形完整的KDP單晶。2 JfKDP晶體切掉兩錐頂，剩下的部分切取兩段，用細(xì)砂紙將這兩段晶體按一定角度方向粗磨(如圖所示)，以2和2’為長(zhǎng)方體的底面用細(xì)砂紙磨去晶體多余的部分(如圖1所示)，使晶體成長(zhǎng)方體形狀，再對(duì)欲結(jié)合的兩個(gè)面進(jìn)行細(xì)磨，兩段晶體應(yīng)磨成大小相同且能夠完全重合的面(如圖3所示)。3、對(duì)晶體進(jìn)行拋光時(shí)，用W2. 5規(guī)格的人造金剛石研磨膏，在0. 22微米的混合纖維素微孔濾膜上拋光，待表面沒有任何劃痕時(shí)，用無(wú)水乙醇作潤(rùn)滑劑和清洗劑在混合纖維素
4微孔濾膜上再一次拋光。直到在燈光下觀察，沒有任何劃痕。4、將晶體的兩個(gè)拋光面對(duì)應(yīng)重合，并且提供490帕左右的壓強(qiáng)，最后放入剛玉方舟中。5、輕輕將載有KDP晶體的剛玉方舟放入GSL1600X型真空管式爐中，爐子的條件設(shè)置成經(jīng)“過1440分鐘使?fàn)t中溫度由室溫升至180° C，再保溫觀80分鐘，最后經(jīng)過1440分鐘降至室溫；或是經(jīng)過1440分鐘使?fàn)t中溫度由室溫升至190° C，再保溫3600分鐘，最后經(jīng)過720分鐘降至室溫”。6、晶體出爐，待爐子完成實(shí)驗(yàn)時(shí)，小心取出剛玉方舟。最終兩塊晶體結(jié)合在一起， 并且兩光軸成一定角度。7、對(duì)已結(jié)合的磷酸二氫鉀晶體的棱進(jìn)行粗磨，磨成一圓柱形，套入軟橡膠管中并且露出一定長(zhǎng)度的晶體(如圖4所示)，然后將露出的晶體細(xì)磨成一截頂圓錐形(如圖5)，最后用W2. 5規(guī)格的人造金剛石研磨膏，在0. 22微米的混合纖維素微孔濾膜上拋光，待表面沒有任何劃痕時(shí)，拋光完成，最后用酒精擦拭干凈。8、按公式廬4. 04X10^+0. 3567+13. 6 (式中S的單位為gKDP/\mml水，溫度T的單位為。C )配制50°C的KDP飽和溶液。9、測(cè)KDP溶液飽和溫度，測(cè)得飽和溫度為51. 4°C。10、用孔徑為0. 22mm的微孔濾膜過濾溶液。11、本實(shí)驗(yàn)將溶液溫度升高到66. 4°C，在66. 4°C下，溶液預(yù)熱48小時(shí)，這是本實(shí)驗(yàn)條件比較理想的參數(shù)。12、將溶液溫度下降到56. 4°C，放入粘好的晶體(晶體在放入溶液前先放入空的充晶器內(nèi)緩慢升溫，升溫到56. 4°C，待上1小時(shí)后，再將晶體放入溶液)。13、等晶體稍溶后，將溶液溫度下降到51. 40C ；按設(shè)計(jì)的程序降溫，使晶體在溶液中生長(zhǎng)。14、晶體出槽，用過濾紙吸干晶體表面的溶液，最終制得兩光軸成45°的磷酸二氫鉀孿晶。實(shí)驗(yàn)生長(zhǎng)出清晰的孿晶界面，并且孿晶的機(jī)械性能較好。
權(quán)利要求
1. 一種磷酸二氫鉀(KDP)孿晶的制備方法，主要采用拋光后再進(jìn)行熱處理，使兩塊磷酸二氫鉀(KDP)晶體粘合，以粘合后的兩塊磷酸二氫鉀晶體作為籽晶，然后采用水溶液降溫法來(lái)制得孿晶；其特征在于該方法的具體步驟為a.將一塊外形完整的磷酸二氫鉀(KDP)晶體切掉兩錐頂，剩下的部分切取兩段，用細(xì)砂紙將這兩段晶體按一定角度方向粗磨，再用細(xì)砂紙磨去多余的晶體，使晶體成長(zhǎng)方體形狀，再對(duì)欲結(jié)合的兩個(gè)面進(jìn)行細(xì)磨，最后兩段晶體應(yīng)磨成大小相同且能夠完全重合；b.對(duì)晶體進(jìn)行拋光，用顆粒度W2.5的金剛石研磨膏在0. 22微米的混合纖維素微孔濾膜上拋光，待表面沒有任何劃痕時(shí)，用無(wú)水乙醇作潤(rùn)滑劑和清洗劑在微孔濾膜上再一次拋光，直到在燈光下觀察時(shí)，沒有任何劃痕；c.將晶體的兩個(gè)拋光面對(duì)應(yīng)重合，上面施加一定的壓強(qiáng)，最后放入剛玉方舟中；d.輕輕將載有磷酸二氫鉀(KDP)晶體的剛玉方舟放入真空管式爐中，未加熱前，爐子中的環(huán)境是自然環(huán)境，即一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，溫度為室溫；爐子的加熱條件設(shè)置成以0. 10 0. 20° C/min的升溫速率，由室溫升至180 190° C，再保溫合適的時(shí)間， 一般大于1880分鐘，最后以0. 10 0. 25° C/min的降溫速度降至室溫；e.待爐子完成加熱時(shí)，小心取出剛玉方舟；最終兩塊KDP晶體結(jié)合在一起，并且兩光軸成一定角度；f.把已結(jié)合的磷酸二氫鉀晶體進(jìn)行粗磨，磨成一圓柱形，套入軟橡膠管中并且露出一定長(zhǎng)度的晶體，然后將露出的晶體細(xì)磨成一截頂圓錐形，然后用顆粒度W2. 5的金剛石研磨膏在0. 22微米的混合纖維素微孔濾膜上拋光，待表面沒有任何劃痕時(shí)，用酒精清洗干凈；g.配制好磷酸二氫鉀(KDP)飽和溶液，溶質(zhì)KDP為分析純經(jīng)過一次重結(jié)晶的提純產(chǎn)品， 溶劑為三次蒸餾水；先用0. 22微米微孔濾膜過濾溶液，然后測(cè)出KDP溶液飽和溫度；再加熱該溶液至原飽和溫度之上15°C的溫度，在該溫度下預(yù)熱48小時(shí)；然后將溶液溫度下降到高出原飽和溫度5°C的溫度；h.把套有磷酸二氫鉀(KDP)的籽晶放入溶液中，等放入的籽晶稍溶解后，將溶液溫度下降到測(cè)定的飽和溫度，并按設(shè)計(jì)的程序降溫，使晶體在溶液中良好生長(zhǎng)；最后取出晶體， 用過濾紙吸干晶體表面的溶液，最終制得兩光軸成一定角度的磷酸二氫鉀孿晶。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種磷酸二氫鉀(KDP)的結(jié)合制得孿晶的方法，它主要是采用晶體拋光后再進(jìn)行熱處理，通過分子擴(kuò)散使兩塊大小相同晶體結(jié)合的方法，屬無(wú)機(jī)晶體材料制備工藝技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明方法主要過程如下將外形完整的磷酸二氫鉀(KDP)單晶切掉兩錐頂，剩下部分切取兩段，按既定角度方向粗磨，然后用細(xì)砂紙磨掉多余分部分，磨成長(zhǎng)方體形狀，將欲對(duì)接的兩個(gè)面拋光并相對(duì)接；然后將處理好的兩塊晶體(提供一定的壓強(qiáng))放進(jìn)爐中進(jìn)行適當(dāng)?shù)募訜?；最后適當(dāng)?shù)臅r(shí)間取出晶體，并且兩塊晶體結(jié)合在一起，兩光軸成一定的角度。然后采用磷酸二氫鉀(KDP)飽和溶液降溫法來(lái)制得磷酸二鉀孿晶。
文檔編號(hào)C30B7/08GK102433584SQ20111044981
公開日2012年5月2日 申請(qǐng)日期2011年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月29日
發(fā)明者劉志坤, 劉琦, 龐宛文, 張惠芳, 王燕, 白麗華 申請(qǐng)人:上海大學(xué)