晶体生长方法.ppt

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1、1第三章晶体生长3.1：前言3.2：晶体生长热力学3.3：相图及其在晶体生长中的应用3.4：晶体生长动力学3.5：晶体生长方法晶体特别是单晶广泛应用于各个高新科技领域：激光工作物质：YAG(Y3Al5O12)非线性光学晶体：KDP(KH2PO4)、BBO(β-BaB2O4)、LBO(LiB3O5)、CBO(CsB3O5)、LCB(La2CaB10O19)闪烁晶体：BGO(Bi4Ge3O12)、PbWO3磁性材料：R3Fe5O12、(Te,Dy)Fe2半导体材料：Si、Ge、GaAs、GaN超硬材料：金刚石、立方氮化硼晶体的应用各种晶体材料晶体生长方法：借助于各种

2、技术或方法，由固体、液体或气体发生复相化学反应生长成为晶体。制备完整晶体的条件：(1)反应体系的温度要控制得均匀一致以防止局部过冷或过热，影响晶体的成核和生长；(2)结晶过程要尽可能地慢以防止自发成核的出现，因为一旦出现自发的晶核，就会生成许多细小品体，阻碍晶体长大；(3)使降温速度与晶体成核、生长速度相配匹使晶体生长得均匀、晶体中没有浓度梯度、组成不偏离化学整比性。3.5晶体生长方法53.5晶体生长方法从固相中生长晶体1从液相中生长晶体2从熔体中生长晶体3助溶剂法生长晶体4用气相法生长晶体56一、从固相中生长晶体从固相中生长晶体的主要优点在于：1)可以在不添加

3、组分的情况下较低温进行生长，即在熔点以下的温度生长；2)生长晶体的形状是事先固定的，所以丝、箔等形状的晶体容易生长出来；3)取向常常容易得到控制；4)除脱溶以外的固相生长中，杂质和其他添加组分的分布在生长前被固定下来，并且不被生长过程所改变(除稍微被相当慢的扩散所改变外)。从固相中生长晶体的方法主要有五种：(1)利用退火消除应变的再结晶；(2)利用烧结生长；(3)利用多形性转变生长；(4)利用退玻璃化再结晶；(5)利用固态沉淀再结晶(有时称作脱溶生长，此法尚未用于单晶生长)。一、从固相中生长晶体大部分利用应变—退火生长的晶体是金属单晶。过程：熔融金属通过铸造得到

4、多晶体，将铸锭变成棒、板、片材等时，会产生塑性变形，储存大量的应变能，采用退火工艺可以加速应变的消除，与此同时会发生再结晶，从而得到较大尺寸的晶粒，有时为得到足够大的晶粒可以进行多次退火。例如：由于铝的熔点低(660℃)，对金属铝的再结晶和晶粒长大有许多研究。在施加临界应变和退火生长过程前，铝的晶粒尺寸大约为0.1mm。对99.99%的铝采用交替施加应变和退火的方法，可以获得直径为5mm的晶粒。用应变—退火的方法生长晶体的除铝以外，对铜、金、铁、钼、铌、钽、钍、钛、钨、铀及铜合金、铁合金等均有报导1.利用退火消除应变的再结晶烧结就是加热压实的多晶粉末。烧结中晶粒

5、长大的动力：产生应变加工时做功；晶粒表面的自由能；样品中不同晶粒取向之间的自由能差。烧结通常仅用于非金属中晶粒的长大。如果加热多晶金属得到晶粒，该过程一般被称作应变—退火的一种特殊情况。在1450℃以上烧结多晶钇铁石榴石Y3Fe5O12可以得到5mm大的石榴石晶体。利用烧结法对铜锰铁氧体、BeO、Al2O3等均可观察到晶粒长大。气孔、添加物、原始晶粒的尺寸等会影响烧结生长晶体。如果在热压中升高温度，烧结所引起的晶体长大将更为显著。热压生长MgO、Al2O3、ZnWO4等得到很大的成功,可以采用这一技术生长出达7cm3的Al2O3晶体。2.利用烧结生长过程：先生长

6、出高温多形体，然后小心地使炉温降至室温，并形成室温多形体单晶。有时需要将低温多形体转变为高温稳定多形体单晶，则借助淬火把高温相“冻结”起来。对于大多数高压多形性转变，相变进行得很快，往往以一种不可控制的方式进行。因此，利用高压形性转变较难生长出具有合适尺寸的单晶。利用高压形性转变生长晶体的典型例子是金刚石的合成。3.借助多形性转变生长退玻璃化作用：大多数玻璃在加热时发生局部的再结晶。微晶玻璃：是玻璃和晶体均匀分布的材料，利用退玻璃化再结晶技术制得，通常在玻璃制造过程中增加加热处理晶体工序。总生产流程：4.退玻璃化再结晶配料熔融玻璃成型加工晶化处理再加工微晶玻璃的

7、学名叫做玻璃陶瓷。具有玻璃和陶瓷的双重特性，普通玻璃内部的原子排列是没有规则的，这也是玻璃易碎的原因之一。而微晶玻璃象陶瓷一样，由晶体组成。所以，微晶玻璃比陶瓷的亮度高，比玻璃韧性强。基本原理：将原料(溶质)溶解在溶剂中，采取适当的措施造成溶液的过饱和，使晶体在其中生长。溶液法具有以下优点：(1)晶体可以在远低于其熔点的温度下生长。而且，低温下生长的热源和生长容器也较易选择。(2)黏度较低。(3)容易长成大块的、均匀性良好的晶体，并且有较完整的外形。(4)在多数情况下(低温溶液生长)，可直接观察晶体生长。二、从溶液中生长晶体溶液法的缺点：(1)组分多；(2)影响

8、晶体生长的因素也比较复杂