晶体生长方法简介讲稿.pptVIP

Important crystals 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， Various synthetic crystals Conditions to grow high quality crystals (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。 Advantages of growing crystals from solid phase 从固相中生长晶体的主要优点在于： 1)可以在不添加组分的情况下较低温进行生长， 即在熔点以下的温度下生长； 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)。 Crystals from solid phase (recrystallization) 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)利用烧结的再结晶； (3)利用多形性转变的再结晶； (4)利用退玻璃化的结晶作用； (5)利用固态沉淀的再结晶(有时称作脱溶 生长，此法尚未用于单晶生长)。 1.利用退火消除应变的再结晶 大部分利用应变—退火生长的晶体是金属单晶。 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，获得了直径为5mm的晶粒。也有研究利用诱导晶界迁移制取了宽为2.5cm的高纯度单晶铝带。 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。 2．利用烧结生长 烧结这个词通常仅用于非金属中晶粒的长大。如果在加热多晶金属时观察到晶粒长大，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等均观察到晶粒长大。发现气孔、添加物、原始晶粒的尺寸等也均影响烧结生长晶体。 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。 3．借助多形性转变生长 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。有时需要借助淬火高 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， 往以一种不可控制的方式进行。因此，利用高压多 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。 Crystals from solutions 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)容易长成大块的、均匀性良好的晶体，并且 有较完整的外形。 (3)在多数情况下(低温溶液生长)，可直接观察 晶体生长。 Drawbacks of growing crystals from solutions 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。 溶解度曲线 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。如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。 饱和与过饱和（Sat