移动磁场用于从熔体中生长晶体：从基础研究到工业生产

从熔体中生长大尺寸晶体的主要问题之一是存在于熔体中的对流扰动，甚至是湍流，这种湍流引起生长速率的剧烈起伏而造成组分不均匀、生长界面上的错取向成核，甚至造成孪生（如像在Ⅲ-Ⅴ族和Ⅱ-Ⅵ族化合物晶体中那样）。为此，就利用了稳定磁场或可变磁场来阻尼熔体中的湍流。     

大尺寸KDP晶体出槽力学效应数值模拟分析研究

大尺寸KDP（磷酸二氢钾,KH2PO4）晶体在出槽的过程中经常发生开裂现象,造成了较大的经济损失。为了研究大尺寸KDP晶体出槽过程中开裂机制并提出相应的防裂措施,采用有限元方法模拟了大尺寸KDP晶体的出槽过程,计算得到了KDP晶体出槽过程中晶体应力场的变化规律,结果显示降温冷却使晶体内部最大应力增大了100倍以上,而力学边界的变化使晶体最大应力增大的幅度较小,数据表明温度降低造成的应力集中是引起晶体开裂的主要原因。该结论的发现为提出相应的晶体防裂措施提供了重要的理论基础。     

钨酸盐晶体中负离子配位多面体的结晶方位与晶体的形貌

钨酸盐类晶体是重要的闪烁晶体．本文从钨酸盐类晶体中负离子配位多面体的结晶方位和相互联结的稳定性出发，探讨了钨酸盐类晶体中[WO4]2-等负离子配位多面体的结晶方位与晶体结晶形貌之间的关系；认为[WO4]2-四面体与金属阳离子（Ca2＋，Pb2＋，Zn2＋）结合时，由于晶体结构和生长条件（如籽晶取向等）的不同，在晶体各族晶面上的叠合速率和结构取向不同，晶体的结晶形貌迥然有别；四面体的面和梭的法线（L2）所对向的晶面，生长速率慢，顽强显露，均属晶体的板面；四面体的顶角所指向的晶面，生长速率快，显露面积小，经常消失．由此可以合理解释钨酸铅等闪烁晶体的生长特征．最后对ABO4型晶体的结构及习性特征进行了总结归纳．     

快速生长KDP晶体中的包裹体

利用底部热能输入晶体生长装置进行了KDP晶体快速生长,晶体生长速度达25mm/d.利用激光透射成像法、断面显微观察、SEM及电子能谱对快速生长晶体中的各种包裹体进行了观察,分别观察到了平行于生长面的层状包裹及其分布、线形排列的液相包裹以及微观包裹体的形貌、尺度和分布等,讨论了快速生长KDP晶体中包裹体出现的条件,分析了这些包裹体形成的原因.     

Pb2MoO5单晶的坩埚下降法生长

本文报道了Pb2MoO5单晶的坩埚下降法生长工艺.按照精确的化学计量比进行配料,应用高温固相反应合成Pb2MoO5多晶料;在晶体生长过程中,控制炉体温度于1050～1070℃,调节固液界面温度梯度为30～40℃/cm,按照0.6～1.0 mm/h的下降速率,通过改进的坩埚下降法生长出透明完整的Pb2MoO5单晶;应用X射线衍射、差热分析、透射光谱等方法进行了单晶基本性质的表征.X射线衍射分析证实该晶体为单斜晶系,DTA/TG曲线表明该晶体在958℃一致熔融,高于此温度熔体组分出现严重挥发,该晶体在可见光波长范围具有良好的光学透过性,其吸收边位于370 nm波长附近.     

Bridgman法生长的PWO晶体的发光特性和透光特性

本文采用改进的Bridgman法，以纯度不低于99．99％的PbO和WO3为原料，生长出无色透明的、大尺寸的PbWO4（PWO）晶体，研究了晶体沿生长方向不同部位的透射光谱及X射线激发的发射光谱特性．发现改进的Bridgman法生长的PWO晶体具有较好的发光均匀性和透光均匀性，其原因主要是改进的Bridgman法采用密封的坩埚，有效地抑制了组份（PbO和WO3）的挥发.     

坩埚下降法生长大尺寸Bi12GeO20晶体的宏观缺陷

Bi₁₂GeO₂₀晶体是一种多功能光电材料,在可见光范围内具有高速光折变响应,以及良好的压电、声光、磁光,旋光和电光等性能。目前,提拉法生长Bi₁₂GeO₂₀晶体,存在生长成本高、晶锭形状不规则、生长产率低、晶体光学质量差和有效晶体截面小等问题。本研究率先采用改进的坩埚下降法,在铂金坩埚和空气气氛中生长大尺寸Bi₁₂GeO₂₀晶体。通过各种分析测试方法研究生长获得的Bi₁₂GeO₂₀晶体中宏观缺陷的形态、分布和成分构成,探讨了晶体生长过程中主要宏观缺陷的形成过程和成因。坩埚下降法生长的Bi₁₂GeO₂₀晶体存在两种主要宏观缺陷：枝蔓状和管状包裹体。其中,枝蔓状包裹体与铂金溶蚀后的析晶相关,而管状包裹体与铂金析出、接种界面不稳定性和温度波动有关。本研究提出了消除坩埚下降法生长晶体中宏观缺陷的技术途径,通过降低生长控制温度、缩短高温熔体保持时间和优选籽晶等措施,可重复地生长...     

籽晶边长对SAPMAC法蓝宝石晶体放肩阶段生长质量的影响

温度场的控制是蓝宝石生长过程关键技术问题。采用有限元方法研究了冷心放肩微量提拉法蓝宝石单晶生长过程中籽晶的边长对晶体生长放肩阶段温度场内温度分布、流场分布和晶体的等效应力分布的影响。结果表明:当籽晶边长为24mm时,放肩阶段熔体的轴径向温度变化平缓,温度场内温度分布均匀,熔体的流动和晶体的热应力均适合晶体的生长。     

钨酸铅晶体生长及其组份挥发

本文首次报道了用坩埚下降技术生长钨酸铅（PWO）晶体;研究了提拉和坩埚下降两种技术生长PWO晶体的组份挥发,得到的结果是PbO的挥发速率高于WO₃,并对一组晶体不同部位的X射线发光性能作了研究．     

浮区法生长Lu2Si2O7:Ce晶体的缺陷、光学和闪烁性能研究

通过浮区法制备得到LPS:0.5%Ce单晶样品, 并对其包裹体、开裂、闪烁和光学性能进行了研究,获得了晶体的电子探针谱、透过谱、77~500 K下的紫外激发发射谱、X射线激发发射谱和77~500 K下的衰减时间谱。研究发现晶体中存在解理开裂和热应力开裂, 同时存在两种类型的包裹体, 分别包含[Si₃O₉]^6-、阴离子团和过量的SiO₂。由于采用空气为生长气氛, 样品中部分Ce³⁺被氧化为Ce⁴⁺。浮区法LPS:0.5%Ce表现出较高的发光效率, 约为32000 ph/MeV。随着温度的升高, 样品的紫外激发发射谱逐渐向长波方向移动, 发射谱谱线随着温度的升高展宽, 导致自吸收的增加。衰减时间的温度转变点位于450 K, 表明LPS:Ce闪烁晶体适用于高温环境, 是一种性能优异的闪烁晶体。     

Gd3(Al,Ga)5O12:Ce闪烁晶体扭曲生长、组分偏析与性能研究

新型闪烁晶体Gd₃(Al,Ga)₅O₁₂:Ce(简写为GAGG:Ce)在制备过程中易出现多晶扭曲生长、组分偏析等问题, 严重影响晶体的性能。为了得到大尺寸高质量的GAGG:Ce晶体, 采用X射线衍射(XRD)、电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)和X射线激发发射谱(XEL)等手段, 结合熔体特性分析了GAGG:Ce晶体多晶扭曲生长、组分偏析的形成机制。通过调整温场、抑制组分挥发等方法生长出φ50 mm×120 mm的GAGG:Ce晶体, 并重点研究了GAGG:Ce晶体的光谱特性与闪烁性能。结果表明: GAGG:Ce晶体的光输出达58000 ph./MeV, 能量分辨率为6.4%@662 keV, 在550~800 nm波长区间的透过率约为82%。晶体闪烁衰减快分量为126 ns (83%), 慢分量为469 ns (17%)。晶体的发射峰中心波长在550 nm左右, 与硅光电倍增管的接收波长匹配, 且发光峰值处的透过率EWLT(Emission Weighted Longitudinal Transmittance)值高达79.8%。GAGG:Ce晶体兼具高光输出与高能量分辨率, 在中子和伽马射线探测领域具有广阔的应用前景。     

坩埚下降法生长钨酸镉单晶的光学均匀性

采用垂直坩埚下降法生长出大尺寸CdWO₄单晶, 通过DSC/TG、XRD、电子探针、透射光谱和X射线激发发射光谱对单晶进行了测试表征, 分析了单晶生长过程中熔体挥发情况和单晶化学成分变化, 研究了所生长单晶的光学均匀性的变化规律. 结果表明, CdWO₄单晶生长过程存在比较严重的熔体挥发, 且熔体中CdO比WO₃更加易于挥发; CdWO₄单晶的化学组成存在不同程度缺Cd的特征, 初期生长晶体的n(Cd)/n(W)比相对高, 后期生长晶体的n(Cd)/n(W)比持续减小, 相应地单晶在380~550nm区域的光透过率略有降低, X射线激发发光强度有所降低, 且发光波长出现略微红移的趋势. 通过提高多晶料纯度、减少熔体挥发和氧气氛退火处理, 可以改善坩埚下降法生长CdWO₄单晶的光学均匀性.     

光学浮区法生长YFeO3晶体

采用光学浮区法生长了新型磁光晶体YFeO3，通过工艺优化，获得了Ф（7-10）mm、长度约60mm的YFeO3晶体、XRD分析表明晶体具有正交钙钛矿结构，晶格常数a=5．5964A，b=7．6052A，c=5．2842A．晶体生长界面为凸界面，生长取向接近[100]方向、晶体截面抛光后观察，未发现肉眼可见的包裹体、晶界等缺陷、     

分凝对Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-38%PbTiO3单晶的成分及介电、压电性能的影响

研究了用改进的Bridgman法生长的PMNT62／38单晶在其生长过程中的分凝现象，研究了分凝导致的成分不均匀及其对介电和压电性能的影响。XRFA分析表明，PMNT62／38单晶底部的PbTiO3(PT)含量为x=35.2mol%，而顶部的PT含量为43mol%。底部晶体（001），（110）和（111）三种切型的晶片加电场极化后，其介电和压电性能出现了异常的现象。（110）切型的压电模量最大，为1200pC/N；（111）次之，为789pC/N；（001）最低，为371pC/N。极化后的（110）和（111）晶片在室温、1kHz频率下的相对介电常数（两种切型的εr都在10000左右），约为（001）晶片（εr-5000)的1倍，并且介电常数在低温端有上升的趋势。     

硫酸盐掺杂导致KDP晶体开裂的研究

采用传统降温法生长了掺杂不同浓度的SO42-离子KDP晶体,研究分析了晶体的宏观缺陷及开裂形式,从晶体生长角度初步分析了硫酸盐掺杂导致KDP晶体开裂的主要原因。实验表明,随着SO42-离子掺杂浓度的增大,KDP晶体的主要开裂形式是垂直于生长层{101}面的裂纹;晶体中裂纹存在的区域都分布有大量层层平行于生长层的母液包藏。随着SO42-离子掺杂浓度的进一步增大,晶体内包藏呈云雾状分布,裂纹不规则,晶体质量严重下降,透明度降低。     

La2Fe14B和Ce2Fe14B合金在快淬和热处理过程中相析出行为的比较

研究了溶体快淬三元La_2Fe_(14)B和Ce_2Fe_(14)B合金的相析出行为和磁性能,对不同快淬速度(10~50 m/s)和不同热处理温度下制备的样品进行了系统分析。结果表明,通过直接快淬,La_2Fe_(14)B合金中不能形成2∶14∶1硬磁相,而Ce_2Fe_(14)B合金可以获得2∶14∶1相。La_2Fe_(14)B合金在10m/s快淬时主要由La和α-Fe相组成,而Ce_2Fe_(14)B合金中2∶14∶1硬磁相在10m/s和20m/s快淬时析出。随着辊速的增加,非晶相逐渐增多并成为主相。在热处理过程中,La_2Fe_(14)B合金析出相以α-Fe和La相为主,并且高温下液态的富La相和α-Fe相可以共存;而Ce_2Fe_(14)B合金中先析出α-Fe,后析出2∶14∶1硬磁相,随后析出相长大。结果还表明,La_2Fe_(14)B比Ce_2Fe_(14)B有更高的非晶居里温度和更低的α-Fe相析出温度。由于硬磁相的析出,Ce_2Fe_(14)B合金可以获得较好的硬磁性能,包括一定的矫顽力。此研究对含La、Ce稀土永磁材料的生产具有一定的指导作用。     

Bi2O3对烧结LiZn铁氧体性能的影响

采用氧化物陶瓷工艺制备了掺Bi2O3的Li0.4Zn0.2Fe24O4铁氧体．用XRD、SEM、密度测试和磁性能表征，研究了Bi2O3对LiZn铁氧体性能的影响．结果表明：Bi2O3能有效抑制烧结过程中的锂挥发，促进固相反应，降低烧结温度，但过多的Bi2O3会阻止晶粒生长；适量掺杂Bi2O3可以提高LiZn铁氧体的饱和磁感应强度和矩形比，降低铁氧体的矫顽力．     

LuxY1-xAl 3:Ce晶体中伴生(Lu,Y3 Al5O12:Ce相成因研究

采用提拉法制备了LuxY1-xAlOa:Ce晶体样品,通过XRD物相分析和成分分析,并结合Lu2O3-Al2O3二元体系相图以及LuxY1-xAlO3:Ce 结构稳定性方面的分析与讨论,结果表明:随着熔体中Lu元素含量的增加,熔体分层加剧,析晶LuxY1-xAlO3:Ce相的熔体组成区间将向富Lu一侧偏移,这使得晶体上部易伴生(Lu,Y)3Al5O12:Ce相;而随着Lu元素含量的提高, LuxY1-xAlO3:Ce晶体的热稳定性降低,氧空位的存在则使晶体的热稳定性进一步降低,在接种过程中籽晶表面易发生相分解反应生成(Lu,Y)3Al5O12:Ce和(Lu,Y)4Al2O9:Ce,籽晶表面相分解产物(Lu,Y)3Al5O12:Ce提供了诱导析晶(Lu,Y)3Al5O12:Ce相所需的晶核,这使得晶体的外表面处易伴生(Lu,Y)3Al5O12:Ce相.调整配料组成使n((Lu,Y)2O3):n(A12O3)=1.17～100,加大熔体内部和固液界面处的温度梯度以改善熔体对流、抑制熔体分层以及籽晶表面处的相分解等有助于高Lu元素含量LuxY1-xAlO3:Ce晶体的获得.