Изобретение относится к области химической технологии, а именно к выращиванию объемных оптически однородных кристаллов литий-висмутового молибдата состава Li8Bi2(MoO4)7.
Литий-висмутовый молибдат, Li8Bi2(MoO4)7, плавится инконгруэнтно при 610°C и поэтому не может быть получен в виде объемных однородных кристаллов обычным методом Чохральского из стехиометрического расплава. Известен способ получения однородных кристаллов, плавящихся инконгруэнтно из высокотемпературных растворов - расплавов (Solodovnikov S.F., Solodovnikova Z.A., Zolotova E.S., Yudanova L.I., Kardash T.Yu., Pavlyuk A.A., Nadolinny V.A., Revised phase diagram of Li2MoO4-ZnMoO4 system, crystal structure and crystal growth of lithium zinc molybdate, Journal of Solid State Chemistry (2009), 182, 1935-1943).
В литературных источниках не найдены способы получения объемных однородных кристаллов литий-висмутового молибдата, Li8Bi2(MoO4)7.
Известен способ получения мелких кристаллов литий-висмутового молибдата, Li8Bi2(MoO4)7, путем спонтанной кристаллизации (Клевцова Р.Ф., Солодовников С.Ф., Глинская Л.А., Алексеев В.И., Хальбаева К.М., Хайкина Е.Г. Синтез и кристаллоструктурное исследование двойного молибдата Li8Bi2(MoO4)7, Журн. структурной химии (1997), 38, №1, 111-119), выбранный в качестве прототипа. Монокристаллы Li8Bi2(MoO4)7 для кристаллооптических и рентгеноструктурных исследований получают по раствор-расплавной технологии, где Li2Mo2O7 - растворитель (флюс), соотношение шихта: растворитель =1:2. В качестве шихты используют синтезированные твердофазным методом спеки Li2Mo2O7 и Li8Bi2(MoO4)7. Скорость охлаждения расплава в интервале температур 570-300°C составляет 4.5 град/ч, далее в режиме остывающей печи. Указанным способом получают мелкие кристаллы (0.06×0.05×0.5 мм), непригодные для практического применения.
Задачей изобретения является получение кристаллов литий-висмутового молибдата с техническим результатом - увеличение размеров кристаллов литий-висмутового молибдата и достижение их высокого оптического качества.
Поставленная задача достигается тем, что в способе выращивания кристаллов литий-висмутового молибдата из раствора-расплава литий висмутового молибдата в растворителе путем кристаллизации при постепенном охлаждении расплава и выращенных кристаллов, в качестве растворителя используют эвтектическую смесь, содержащую 47 мол. % оксида молибдена и 53 мол. % молибдата лития при содержании литий-висмутового молибдата и эвтектической смеси, равном 10-40 мол. % и 90-60 мол. % соответственно, выращивание ведут в условиях низких градиентов температуры, составляющих менее 1 град/см на затравку, ориентированную по [001] и вращающуюся со скоростью 20-30 об/мин при скорости вытягивания 0.5-2.0 мм/сутки при постоянном охлаждении раствора-расплава со скоростью 0.2-5.0 град/сутки с последующим отделением выращенных кристаллов от раствора-расплава и охлаждением до комнатной температуры.
Отличительными признаками предлагаемого способа от прототипа являются условия проведения процесса, а именно:
- используют растворитель - эвтектическую смесь, содержащую 47 мол. % оксида молибдена и 53 мол. % молибдата лития;
- содержание литий-висмутового молибдата и эвтектической смеси, равное 10-40 мол. % и 90-60 мол. % соответственно;
кристаллизация на затравку ориентированную по [001] и вращающуюся со скоростью 20-30 об/мин;
- скорость вытягивания затравки 0.5-2 мм/сутки;
- скорость охлаждения раствора-расплава от 0.2-5 град/сутки;
- выращивание ведут в условиях низких градиентов температуры, составляющих менее 1 град/см.
Использование таких параметров позволяет получать крупные оптически однородные монокристаллы литий-висмутового молибдата состава Li8Bi2(MoO4)7.
Оптимальные условия роста кристаллов: мольное соотношение компонентов Li8Bi2(MoO4)7 и эвтектической смеси, равное 10-40: 90-60 мол. % соответственно. Выбор данного мольного соотношения компонентов системы обусловлен наилучшим условием роста кристалла Li8Bi2(MoO4)7. Основными преимуществами выбранного растворителя являются высокая, практически универсальная растворяющая способность, гораздо более низкие температуры плавления, чем молибдатов и полимолибдатов, а также сравнительно небольшие вязкость и текучесть расплавов.
Ориентация затравки по направлению [001] обеспечивает при данных условиях образование наиболее однородных кристаллов по сравнению с другими кристаллографическими ориентациями. Вращение затравки с заданной скоростью (20-30 об/мин) способствует равномерному росту, т.к. позволяет уменьшить температурный градиент в расплаве, и, как следствие этого, выровнять распределение температуры в жидкой фазе у фронта кристаллизации.
Скорость вытягивания затравки 0.5-2 мм/сутки обусловлена тем, что вытягивание затравки при выращивании кристалла со скоростью большей, чем 0.5-2 мм/сутки, не соответствует скорости устойчивого однородного роста кристалла в данных условиях. Снижение скорости вытягивания меньше 0.5 мм/сутки нецелесообразно, так как это приводит к увеличению времени процесса.
Охлаждение расплава со скоростью 0.2 град/сутки обусловлено тем, что уменьшение скорости охлаждения ниже 0.2 град/сутки в начале процесса приводит к уменьшению массовой скорости кристаллизации, уменьшению размеров выращиваемого кристалла и увеличению времени процесса. Увеличение скорости охлаждения выше 5 град/сутки в конце приводит к образованию концентрационного переохлаждения и, как следствие, захвату растворителя, образованию блоков и других дефектов. При данной скорости охлаждения массовая скорость кристаллизации равна 0.1-0.3 г/сутки.
Процесс протекает при небольшом температурном градиенте в растворе-расплаве менее 1 град/см (ΔT<1 град/см), что позволяет получить однородные и крупные кристаллы. Использование низкоградиентного метода Чохральского позволяет уменьшить термоупругие напряжения в кристалле при понижении температурного градиента.
Пример типичный.
В платиновый тигель диаметром 60 мм и высотой 70 мм помещают смесь соединений Li8Bi2(MoO4)7 (литий-висмутовый молибдат), синтезированный известным способом путем твердофазного синтеза из Li2CO3, Bi2O3, MoO3, и расплав эвтектической смеси (47% мол. MoO3 - 53% мол. Li2MoO4), при этом Li8Bi2(MoO4)7 составляет 120 г, а эвтектическая смесь (47% мол. MoO3 - 53% мол. Li2MoO4) - 55.8 г, что соответствует концентрации раствора-расплава 30 мол. % Li8Bi2(MoO4)7 - 70 мол. % эвтектической смеси (47% мол. МоO3 - 53% мол. Li2MoO4). Смесь расплавляют при 595°C на воздухе в резистивной печи установки для выращивания кристаллов. Для гомогенизации раствор-расплав перемешивают платиновой мешалкой, затем температуру понижают до точки равновесия кристалла с раствором-расплавом для данной концентрации Li8Bi2(MoO4)7 (589°C) и к поверхности расплава подводят вращающуюся со скоростью 23 об/мин затравку, ориентированную по [001].
После установления температуры, при которой наблюдается начало заметного роста затравки, осуществляют вытягивание затравки со скоростью 0.5 мм/сутки, одновременно понижают температуру раствора-расплава с начальной скоростью охлаждения 0.2 град/сутки.
В процессе выращивания при увеличении массы кристалла скорость охлаждения плавно увеличивают до 5 град/сутки в соответствии с графиком растворимости кристаллов Li8Bi2(MoO4)7 в расплаве эвтектической смеси (47% мол. MoO3 - 53% мол. Li2MoO4).
За 30 суток выращивают монокристалл литий-висмутового молибдата весом 15 г, размерами: длиной (конус + цилиндр) до 30 мм и диаметром до 20 мм оптического качества.
По окончании процесса выращивания монокристалл отделяют от раствора-расплава и охлаждают до комнатной температуры со скоростью 30 град/час.
Оптическое качество выращенных кристаллов определяют под микроскопом визуально. В кристалле отсутствуют включения другой фазы, не выявлены блоки и другие дефекты.
Таким образом, предлагаемый способ позволяет получить оптически однородные кристаллы литий-висмутового молибдата, Li8Bi2(MoO4)7, не содержащие включений, блоков и трещин, размерами 20×30 мм, достаточными для исследования физических свойств и практического использования.
название | год | авторы | номер документа |
---|---|---|---|
СПОСОБ ВЫРАЩИВАНИЯ МОНОКРИСТАЛЛОВ РУБИДИЙ-ВИСМУТОВОГО МОЛИБДАТА | 2013 |
|
RU2542313C2 |
СПОСОБ ВЫРАЩИВАНИЯ МОНОКРИСТАЛЛОВ НАТРИЙ-ВИСМУТОВОГО МОЛИБДАТА | 2013 |
|
RU2556114C2 |
СПОСОБ ВЫРАЩИВАНИЯ МОНОКРИСТАЛЛОВ КАЛИЙ-БАРИЕВОГО МОЛИБДАТА | 2013 |
|
RU2540555C2 |
СПОСОБ ВЫРАЩИВАНИЯ МОНОКРИСТАЛЛОВ ИЗУМРУДА | 1993 |
|
RU2061108C1 |
СПОСОБ ВЫРАЩИВАНИЯ МОНОКРИСТАЛЛОВ ТРИБОРАТА ЛИТИЯ | 1996 |
|
RU2114221C1 |
Способ выращивания кристалла метабората бария β-BaBO(BBO) | 2019 |
|
RU2705341C1 |
СПОСОБ ВЫРАЩИВАНИЯ МОНОКРИСТАЛЛОВ ТРИБОРАТА ЛИТИЯ | 1996 |
|
RU2112820C1 |
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МОНОКРИСТАЛЛОВ МОЛИБДАТА ЦИНКА | 2007 |
|
RU2363776C1 |
Способ получения монокристаллов молибдата свинца | 1988 |
|
SU1659535A1 |
СПОСОБ ВЫРАЩИВАНИЯ МОНОКРИСТАЛЛА ДВОЙНОГО ЦЕЗИЙ-ЛИТИЙ БОРАТА CSLIBO | 1997 |
|
RU2119976C1 |
Изобретение относится к области химической технологии и касается получения объемных кристаллов состава Li8Bi2(MoO4)7. Кристаллы выращивают из раствора-расплава литий-висмутового молибдата в растворителе путем кристаллизации при постепенном охлаждении расплава и выращенных кристаллов, при этом в качестве растворителя используют эвтектическую смесь, содержащую 47 мол. % оксида молибдена и 53 мол. % молибдата лития при содержании литий-висмутового молибдата и эвтектической смеси, равном 10-40 мол. % и 90-60 мол. %, соответственно, выращивание ведут в условиях низких градиентов температуры, составляющих менее 1 град/см, на затравку, ориентированную по [001] и вращающуюся со скоростью 20-30 об/мин при скорости вытягивания 0,5-2,0 мм/сутки при постоянном охлаждении раствора-расплава со скоростью 0,2-5,0 град/сутки с последующим отделением выращенных кристаллов от раствора-расплава и охлаждением до комнатной температуры. Изобретение позволяет получать крупные (размером 20×30 мм) кристаллы Li8Bi2(MoO4) высокого оптического качества. 1 пр.
Способ выращивания кристаллов литий-висмутового молибдата из раствора-расплава литий-висмутового молибдата в растворителе путем кристаллизации при постепенном охлаждении расплава и выращенных кристаллов, отличающийся тем, что в качестве растворителя используют эвтектическую смесь, содержащую 47 мол. % оксида молибдена и 53 мол. % молибдата лития при содержании литий-висмутового молибдата и эвтектической смеси, равном 10-40 мол. % и 90-60 мол. %, соответственно, выращивание ведут в условиях низких градиентов температуры, составляющих менее 1 град/см, на затравку, ориентированную по [001] и вращающуюся со скоростью 20-30 об/мин при скорости вытягивания 0,5-2,0 мм/сутки при постоянном охлаждении раствора-расплава со скоростью 0,2-5,0 град/сутки с последующим отделением выращенных кристаллов от раствора-расплава и охлаждением до комнатной температуры.
KLEVTSOVA, R.F | |||
et al, Synthesis and crystal structure of the binary molybdate Li8Bi2(MoO4)7, Journal of Structural Chemistry, 1997, 38 (1), 89-95, STN БД CA, AN 127:212723, abstract; | |||
ХАЙКИНА Е.Г., Синтез, особенности фазообразования и строения двойных и тройных молибдатов одно- и трехвалентных металлов, Авторерферат диссертации на соискание |
Авторы
Даты
2014-06-10—Публикация
2012-06-19—Подача