一种对称型高温相偏硼酸钡（α-BBO）晶体的制备方法、对称型高温相偏硼酸钡晶体及应用

技术领域

本申请涉及一种对称型高温相偏硼酸钡(α-BBO)晶体的制备方法、对称型高温相偏硼酸钡晶体及应用，属于晶体材料技术领域。

背景技术

双折射晶体是一种重要的光电功能材料，它可以将通过晶体的一束光束产生两束折射光束，并可对光的偏振态进行调制，是制备偏振分束器、纤维光学隔离器以及光电调制器等器件的关键材料，已被广泛应用于光通讯、激光偏光技术、高精度科研仪器等领域。而随着全固态紫外激光(<380nm)的不断发展，市场对紫外双折射晶体的需求越来越高，迫切需要在紫外波段具有较大的双折射率和高损伤阈值的新型晶体材料。

高温相偏硼酸钡(α-BBO)晶体属于同成分熔化，可以用提拉法(CZ法)进行快速生长，它的技术难度在于生长得到的大尺寸晶体在降温过程中很容易开裂，主要原因是α-BBO晶体在925℃时发生高温相转化为低温相的相变。当前的技术主要是在α-BBO晶体中掺少量Sr

发明内容

本申请通过分析BBO晶体的结构通过周期键链(PBC)理论和晶体生长基团理论，研究得到α-BBO晶体沿c轴方向存在三方晶系的晶面显露特征，三方锥面S与(0001)面(其中的(0001)面应为所生长晶体的底部水平面)的夹角为60°，六方柱面P面垂直于(0001)面。

采取提拉法生长α-BBO晶体中，通过设计对称性的保温温场，研究合适的晶体生长工艺，在晶体生长中在等径阶段强制培育得到三个三方锥面S(S对应于(1-102)(-1012)(01-12)晶面)与三个六方柱面P(P对应于(11-20)(1-210)(-2110)晶面)，这样在晶体表面形成稳定的晶面形貌来避免结构重建及消除相变时产生的应力，得到大尺寸不开裂的α-BBO晶体。

根据本申请的一个方面，提供了一种对称型高温相偏硼酸钡晶体的制备方法，所述制备方法包括：

将含有碳酸钡、硼酸的原料，采用固相合成法，得到偏硼酸钡化合物多晶粉末；

采用提拉法在三方对称型温场中，将偏硼酸钡化合物多晶粉末熔化进行晶体生长，得到所述对称型高温相偏硼酸钡晶体。

可选地，所述晶体生长时，以c轴方向进行籽晶生长，待生长至放肩阶段时，控制α-BBO晶体生长为三角形的三方对称形状，然后在等径阶段依托三角形基础，培育得到所述对称型高温相偏硼酸钡晶体。

可选地，所述碳酸钡与所述硼酸的摩尔比为1：2，其中，碳酸钡的摩尔量以钡元素的摩尔量计，硼酸的摩尔量以硼元素的摩尔量计。

可选地，所述三方对称型温场为三方对称型保温罩，所述三方对称型保温罩材质选自泡沫氧化锆或泡沫氧化铝材料。

可选地，所述提拉法的生长条件为：生长温度为1000℃～1130℃，提拉速度为0.1～2毫米/小时。

可选地，所述生长温度选自1130℃、1050℃、1030℃、1000℃中的任意值或上述任意两点间的范围值。

可选地，所述提拉速度选自0.1毫米/小时、0.2毫米/小时、0.5毫米/小时、1毫米/小时、1.5毫米/小时、2毫米/小时中的任意值或上述任意两点间的范围值。

可选地，所述晶体生长的转速为1～10转/分钟，晶体生长的时间为36～60小时。

可选地，所述晶体生长的转速选自1转/分钟、2转/分钟、3转/分钟、5转/分钟、7转/分钟、10转/分钟中的任意值或上述任意两点间的范围值。

可选地，所述晶体生长的时间选自36小时、40小时、48小时、50小时、55小时、60小时中的任意值或上述任意两点间的范围值。

可选地，所述晶体生长还包括降温处理，所述降温处理的降温速率为5～20℃/h。

可选地，所述降温速率选自5℃/h、7℃/h、10℃/h、12℃/h、15℃/h、18℃/h、20℃/h中的任意值或上述任意两点间的范围值。

可选地，所述提拉法生长的活性气氛为空气气氛或在流动气氛含1～5％氧气的混合气氛下进行生长。

根据本申请的另一个方面，提供了一种上述所述的制备方法制备的对称型高温相偏硼酸钡晶体，所述对称型高温相偏硼酸钡晶体为三方对称型；所述对称型高温相偏硼酸钡晶体包括三个三方锥面S和三个六方柱面P。

可选地，所述三方锥面S与晶体的底部水平面的夹角为60°，所述六方柱面P垂直于晶体的底部水平面。

可选地，所述三方锥面S对应于(1-102)(-1012)(01-12)晶面，所述六方柱面P对应于(11-20)(1-210)(-2110)晶面。

可选地，所述对称型高温相偏硼酸钡晶体的尺寸为

可选地，所述对称型高温相偏硼酸钡晶体的尺寸选自

根据本申请的又一个方面，提供了一种上述所述的制备方法制备的对称型高温相偏硼酸钡晶体、上述所述的对称型高温相偏硼酸钡晶体在光通讯、激光偏光技术、高精度科研仪器中的应用。

在本申请中，经分析BBO晶体的结构和对称性，在α-BBO结构中计算晶体中Ba-O键及[B

采取提拉法生长，通过设定对称性温场及调节提拉法生长工艺，得到晶面完整的

作为一个具体的实施方式，本申请通过下述技术方案实现：

具体的生长过程如下：

晶体生长原料的合成：采用传统的固相合成方法进行合成。初始原料为BaCO

提拉法生长高温相偏硼酸钡(α-BBO)晶体，其主要生长条件如下：用白金坩埚装置晶体原料，升温到约1100℃使多晶原料熔化进行晶体生长。提拉炉在空气气氛下进行晶体生长，也可以在流动气氛含1～5％氧气的混合气氛下生长晶体。首先，设计三方对称型保温罩来得到对称型温场，保温罩材质为泡沫氧化锆或者泡沫氧化铝材料。其次选用c方向(即[0001]方向)籽晶进行晶体生长。在晶体生长放肩阶段控制α-BBO晶体生长为三角形的三方对称形状，然后在晶体等径阶段依托三角形基础上，强制培育得到三个三方锥面S(S对应于(1-102)(-1012)(01-12)晶面)与三个六方柱面P(P对应于(11-20)(1-210)(-2110)晶面)。晶体晶体生长的参数为：生长温度1100℃，提拉速度为0.1～2毫米/小时，晶体转速为1～10转/分钟，经过36～60小时的生长，待晶体生长到所需尺寸后，将其提离液面，并以5～20℃/h的降温速率降至室温，得到尺寸为φ85×50mm

本申请能产生的有益效果包括：

1)本申请制备的三方对称型且等径处晶面完整的α-BBO晶体能够有效的避免晶体开裂，容易量产，得到大尺寸高质量的α-BBO晶体。

2)本申请在α-BBO晶体表面形成稳定的晶面形貌来避免结构重建及消除相变时产生的应力，得到不开裂的大尺寸

附图说明

图1为本申请实施例1制备的对称型高温相偏硼酸钡晶体的顶部俯视图。

图2为本申请实施例1制备的对称型高温相偏硼酸晶体的等径侧面图。

图3为本申请实施例1制备的对称型高温相偏硼酸晶体的侧面图。

图4为本申请实施例1制备的对称型高温相偏硼酸晶体的X射线粉末衍射图。

图5为本申请实施例1制备的对称型高温相偏硼酸晶体的透过谱图。

具体实施方式

下面结合实施例详述本申请，但本申请并不局限于这些实施例。

如无特别说明，本申请的实施例中的原料均通过商业途径购买。

提拉炉采用西安百瑞公司的DJL-400或无锡蓝德的自动提拉50炉等提拉炉。

本申请采用Miniflex600型X-射线衍射仪对高温相偏硼酸晶体进行晶体结构测试。

本申请采用Perkin Elmer UV-VIS-NIR(Lambda-900)光谱仪对高温相偏硼酸晶体进行光谱性能测试。

具体的化学反应式：

BaCO

所用的原料纯度及厂家如下：

实施例1

采用传统的固相合成方法，将初始原料为BaCO

采用提拉法生长高温相偏硼酸钡(α-BBO)晶体，其生长条件如下：在提拉炉中，将采用固相合成法制备的多晶粉末原料装置在白金坩埚中，升温到约1100℃使多晶原料熔化进行晶体生长，提拉炉在空气气氛下进行晶体生长。首先，设计三方对称型保温罩来得到对称型温场，其保温罩材质为泡沫氧化锆将其放置在提拉炉中。其次，选用c方向(即[0001]方向)籽晶进行晶体生长。在晶体生长至放肩阶段时，控制α-BBO晶体生长为三角形的三方对称形状，然后在晶体等径阶段依托三角形基础上，强制培育，得到三个三方锥面S(S对应于(1-102)(-1012)(01-12)晶面)与三个六方柱面P(P对应于(11-20)(1-210)(-2110)晶面)。晶体晶体生长的参数为：生长温度1100℃，提拉速度为0.5毫米/小时，晶体转速为5转/分钟，经过60小时的生长，待晶体生长到所需尺寸后，将其提离液面，并以15℃/h的降温速率降至室温，得到尺寸为φ85×50mm

如图1-4所示，从图中可以看出制备的对称型高温相偏硼酸钡晶体，得到晶面完整的a-BBO晶体，晶体为三方对称型，等径处包含三个三方锥面S(S对应于(1-102)(-1012)(01-12)晶面)与三个六方柱面P(P对应于(11-20)(1-210)(-2110)晶面)，S面与BBO晶体的(0001)面的夹角为60°(其中的(0001)面应为所生长晶体的底部水平面)，P面垂直于(0001)面。在α-BBO晶体表面形成稳定的晶面形貌来避免结构重建及消除相变时产生的应力，得到不开裂的大尺寸

如图5所示，从图中看出α-BBO晶体在189-3000nm波段有较高的透过率。

以上所述，仅是本申请的几个实施例，并非对本申请做任何形式的限制，虽然本申请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。