铌酸钾钠基无铅压电单晶的生长方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号(10)申请公布号CNCN104152982104152982A(43)申请公布日2014.11.19(21)申请号201310178562.0(22)申请日2013.05.14(71)申请人中国科学院上海硅酸盐研究所地址200050上海市长宁区定西路1295号(72)发明人刘莹许桂生刘锦峰杨丹凤(74)专利代理机构上海唯源专利代理有限公司31229代理人刘秋兰(51)Int.Cl.C30B11/00(2006.01)C30B29/30(2006.01)权权利要求书2页利要求书2页说明书7页说明书7页附图2页附图2页(54)发明名称铌酸钾钠基无铅压电单晶的生长方法(57)摘要本发明公开了一种生长铌酸钾钠(KxNa1-x)1-yLiyNbO3基无铅压电单晶的方法，包括：称取原料粉末；称取助熔剂，并与原料粉末混合；将起始料放入坩埚中，将坩埚置于炉中；坩埚在400～900℃保温2～20h，然后升高温度至700～1000℃，保温2～20h使起始料全部熔化，炉内温度以1～200℃/h的速度冷却到室温得到铌酸钾钠基无铅压电单晶。本发明采用低温制备技术生长的铌酸钾钠基无铅压电单晶为纯的钙钛矿结构，无杂相产生。本发明方法的优点：1、晶体生长温度低，周期短；2、低温生长过程对生长仪器的要求低；3、将原料粉末装在坩埚中可以方便地密封，而且由于生长温度较低，原料的挥发较少，可以更好地控制所生长晶体的组分、防止组分偏离等。CN104152982ACN1045298ACN104152982A权利要求书1/2页1.一种生长铌酸钾钠基无铅压电单晶的方法，其特征在于，所述铌酸钾钠基无铅压电单晶的化学式为(KxNa1-x)1-yLiyNbO3，其中，0＜x＜1，0≤y＜1；优选地，0.4≤x≤0.6，0≤y≤0.4；所述方法具体包括如下步骤：步骤一，依(KxNa1-x)1-yLiyNbO3化学计量比称取K2CO3、Na2CO3、Li2CO3和Nb2O5原料粉末；步骤二，称取占原料粉末总计不超过90%，优选20%～60%，更优选40～60%的助熔剂，并与原料粉末混合均匀得晶体生长用起始料；步骤三，将起始料放入坩埚中，将坩埚置于炉中；步骤四，坩埚在400～900℃保温2～20h，然后升高温度至700～1000℃，保温2～20h使起始料全部熔化，炉内温度以1～200℃/h的速度冷却到室温得到铌酸钾钠基无铅压电单晶。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法为坩埚下降法，其中，步骤三，将起始料放入坩埚中，然后将坩埚装入引下管中，然后再置于晶体生长炉中；步骤四，坩埚在400～900℃保温3～20h，再升高温度至700～1000℃，保温2～20h使起始料全部熔化成熔体，然后坩埚以0.1～1.2mm/h的速度下降，经过晶体生长炉中高温区与低温区之间的温度梯度场时，熔体逐渐结晶生长成为晶体；生长完毕，晶体生长炉内温度以10～200℃/h的速度冷却到室温得到铌酸钾钠基无铅压电单晶。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤四，坩埚在400～700℃保温8～12h，再升高温度至750～850℃优选840℃保温8～12h优选10h使起始料全部熔化成熔体，然后坩埚以0.3～0.5mm/h优选0.4mm/h的速度下降逐渐结晶生长成为晶体，生长完毕，晶体生长炉内温度以10～200℃℃/h优选10～50℃/h的速度冷却至室温。4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤三，所用坩埚为铂金坩埚，所述引下管为氧化铝陶瓷管。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤三，将起始料放入坩埚中，坩埚装入玻璃管中，再置于马弗炉中；步骤四，坩埚由室温经2～10h上升至400～900℃，并保温2～12h，再经2～5h上升至700～1000℃，保温2～12h，最后马弗炉内温度以1～100℃/h的速度冷却至室温得到铌酸钾钠基无铅压电单晶。6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤四，坩埚由室温经2.5～5h优选3h后上升至600～700℃优选650℃并保温2.5～5h优选3h；再经2.5～4h优选3h后上升至750～850℃优选840℃，保温3～6h优选4h，最后马弗炉内温度以5～30℃/h优选10℃/h的速度冷却至室温。7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤三，将起始料放入铂金坩埚中，坩埚密封后装入玻璃管中，玻璃管抽真空后密封，再置于马弗炉中。8.如权利要求1所述的方法，其特征在于步骤二中，所述的助熔剂包括20%～100%的碳酸钠或者碳酸钾，和0%～80%的卤化钠或者卤化钾，所述百分比为摩尔比；例如可以为K2CO3；Na2CO3；或者摩尔比为50%～70%:30%～50%，优选为63.4%:36.6%的KCl和K2CO