最新晶体生长方法课件PPT.ppt

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1、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

2、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

3、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、Al2

4、O3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

5、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

6、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)影响晶体生长的因素也比较复杂；(3)生长周期长；(4)低温溶液生长对控温精度要求很高，因为在一定的生长温度(T)下，温度波动(ΔT)的影响主要取决于ΔT／T，在低温下要求ΔT相对地小。对培养高质量的晶

7、体，可容许的温度波动一般不超过百分之几度，甚至是千分之几度。二、从溶液中生长晶体溶解度曲线是选择从溶液中生长晶体的方法和生长温度区间的重要依据。对于溶解度温度系数很大的物质，采用降温法比较理想，但对于溶解度温度系数较小的物质则宜采用蒸发法，对于具有不同晶相的物质则须选择对所需要的那种晶相是稳定的合适生长温度区间。溶解度曲线从溶液中生长晶体过程的最关键因素是控制溶液的过饱和度。主要途径有：(1)根据溶解度曲线，改变温度。(2)采取各种方式(如蒸发、电解)移去溶剂．改变溶液成分。(3)通过化学反应来控制过饱和度。(4)用亚稳相来控

8、制过饱和度，即利用某些物质的稳定相和亚稳相的溶解度差别，控制一定的温度，使亚稳相不断溶解，稳定相不断生长。饱和与过饱和基本原理：利用物质较大的正溶解度温度系数，在晶体生长的过程中逐渐降低温度，使析出的溶质不断在晶体上生长。用这种方法生长的物质的溶解度温度系数最好不低于1.5g