專利名稱：大尺寸氟化鈰晶體的生長技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是晶體生長技術(shù)，特別是涉及大批量生長大尺寸優(yōu)質(zhì)氟化鈰(CeF3)晶體的技術(shù)。屬于晶體生長領(lǐng)域。
CeF3晶體是近幾年新發(fā)展起來的具有閃爍效應(yīng)的新型晶體，在高能物理領(lǐng)域中有廣泛的應(yīng)用。它的密度為6.16g/cm3，發(fā)光峰波長大于300nm，因而可用價格便宜的玻璃光電倍增管接收，且具有響應(yīng)速度快、抗輻照損傷能力強、在空氣中穩(wěn)定而不潮解等優(yōu)點，已被列為大型強子對撞機用的首選閃爍材料。
目前國際上對CeF3晶體的閃爍物性進行了較多的研究，而對其生長理論和生長方法尚正在進行深入研究。迄今為止，最大尺寸的CeF3晶體只有130mm長，且內(nèi)部缺陷較多，不能適用于作為大型強子對撞機用的接收材料。
本發(fā)明的目的在于提供一種在真空條件下普通拉單晶的爐內(nèi)，運用化學(xué)反應(yīng)脫氧的方法生長出大尺寸、高質(zhì)量CeF3晶體的生長技術(shù)。
本發(fā)明提供的技術(shù)內(nèi)容包括原料處理、坩堝、生長設(shè)備以及生長工藝四方面。分述如下(1)原料用高純硝酸鈰經(jīng)處理及氟化等工藝過程后，制備成純度為99.95%以上的CeF3原料。經(jīng)適當(dāng)溫度烘干，摻入2～10wt%(外加)的脫氧劑，如氟化鉛(PbF3)后裝入石墨坩堝在真空爐中預(yù)燒成多晶料塊作為晶體生長的起始原料。
(2)坩堝 燒料及晶體生長用的坩堝均選用三高石墨(高密度、高強度、高純度)加工而成?？筛鶕?jù)不同需要，采用單孔或多孔形式，孔的形狀可以是園形、矩形或其它形狀，上下帶有一定的錐度。
(3)生長設(shè)備 生長爐是采用市售的XLL-600型的真空拉單晶爐。采用鉬片和石墨相結(jié)合的形式，使?fàn)t內(nèi)形成適合于晶體生長的溫度場。溫度測量采用鎢鑭熱電偶，用JWJ-702精密控制儀控制爐溫，控溫精度達±0.5℃。
(4)生長工藝參數(shù)爐內(nèi)的生長溫度梯度為30℃/cm，生長時熔體溫度高于其熔點200℃，生長速率為2～10mm/hr，在整個生長過程爐內(nèi)真空度為10-3Pa。
下面結(jié)合具體生長出長度達220mm的優(yōu)質(zhì)CeF3晶體的實施例，對其技術(shù)要素作進一步說明。
(1)采用純度為99.95%的CeF3原料，外加摻入2-10%(重量)的氟化鉛脫氧劑后在真空爐中燒成多晶料塊待用。
(2)使用外徑為120mm的三高石墨制成的坩堝，有兩個晶體生長孔，孔的尺寸為25×25×35×35×300mm3，底部有合適的擴晶錐度和引晶孔。
(3)將多晶料塊粉碎后，再外加摻入適量脫氧劑，裝入坩堝內(nèi)生長。外加摻入氟化鉛的量為1-5%(重量)。
(4)用內(nèi)徑尺寸為φ140mm的石墨筒梳狀發(fā)熱體進行加熱，作為熱源。
(5)生長過程中熔體溫度高于其熔點200℃左右，恒溫2-4小時后以2mm/hr速率下降生長。爐內(nèi)保持10-3Pa的真空度，在真空度未達到時必須恒溫等待，在達到后進行生長。
(6)生長完成后以一定速率降溫，從生長熔融溫度降到200℃約需2-4天，然后自然冷卻至室溫取出即可。
用本發(fā)明提供的生長技術(shù)可以成功地在真空下拉單晶爐內(nèi)，使用化學(xué)反應(yīng)法脫氧技術(shù)，用石墨坩堝生長出長度達220mm的優(yōu)質(zhì)CeF3晶體。用本生長技術(shù)生長出大尺寸的CeF3晶體，經(jīng)測定表明在波長為340mm處具有良好的透過率，其透過率達85%以上，這為用價格便宜的玻璃光電倍增管接收創(chuàng)造了條件。且所生長的晶體具有較好的抗輻照性能，發(fā)光性能和重復(fù)性較好的特性。

圖1為170mm長的CeF3晶體的縱向透過率曲線。橫座標(biāo)為波長(A)，縱座標(biāo)為透過率，3400A處透過率＞85%。圖2為經(jīng)60次電子脈沖(能量為100Mev正負電子)試驗的曲線，橫座標(biāo)為時間，單位為ns，間隔25;縱座標(biāo)為脈沖高度(無量綱)，從圖2可清楚看出60次脈沖其重復(fù)性甚好，反映所生長晶體的穩(wěn)定性;圖3是發(fā)光性能曲線，縱座標(biāo)為相對發(fā)光輸出強度，橫座標(biāo)為波長(nm)，在303.9nm處相對發(fā)光輸出強度＞60%，寬度為260nm。圖4為γ射線輻照前后透射率變化，表明輻照前和經(jīng)1KGY、10KGY、100KGY輻照后透射率變化不大，說明用本技術(shù)生長的晶體不僅尺寸大而且抗輻照性能優(yōu)異，可滿足作為對撞機用的閃爍材料的要求。
權(quán)利要求
1.一種生長大尺寸、高質(zhì)量氟化鈰晶體的技術(shù)，包括原料處理、坩堝、生長設(shè)備和生長工藝四方面，其特征在于(1)用高純硝酸鈰為起始原料，經(jīng)氟化制成純度99.95%的CeF3原料，外加摻入2-10wt%的氟化鉛脫氧劑，裝入坩堝預(yù)燒成多晶料塊；(2)多晶料塊粉碎后，再外加摻入1-5wt%的氟化鉛脫氧劑裝入石墨坩堝，在石墨坩堝上開有25×25×35×35×300mm3的雙孔或園形孔，底部有合適的的擴晶錐度和引晶孔；(3)生長時熔體溫度高于其熔點200℃，以2-10mm/hr生長速率下降生長，爐內(nèi)保持10-3Pa真空度，生長的溫度梯度為30℃/cm；(4)生長完成后從生長熔融溫度降到200℃約需2-4天，然后自然冷卻至室溫。
2.按權(quán)利要求1所述的生長技術(shù)，其特征在于所述的生長速率為2mm/hr。
3.按權(quán)利要求1所述的生長技術(shù)，其特征在于溫度控制精度為±0.5;
4.按權(quán)利要求1所述的生長技術(shù)，其特征在于制造坩堝用的石墨為高純、高強度、高密度的石墨。
全文摘要
本發(fā)明涉及晶體生長技術(shù)，尤其是大批量生長大尺寸優(yōu)質(zhì)氟化鈰晶體的技術(shù)，屬晶體生長領(lǐng)域。本發(fā)明提供的技術(shù)包括原料處理、坩堝、生長設(shè)備以及生產(chǎn)工藝四方面。用本發(fā)明提供的技術(shù)可以大批量生長長度達220mm的CeF
文檔編號C30B29/12GK1109112SQ94112080
公開日1995年9月27日 申請日期1994年3月23日 優(yōu)先權(quán)日1994年3月23日
發(fā)明者胡關(guān)欽, 殷之文, 徐力, 古佩新, 趙元龍, 江金娥 申請人:中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所