Расплав для выращивания сегнетоэлектрических монокристаллов метаниобата свинца Советский патент 1983 года по МПК C30B9/06 C30B29/30 

90 СП X

р Изобретение относится к выращиванию сегнетоэлектрических монокристал лов метаниобата свинца и может быть использовано в электронной технике. Известен расплав для выращивания сегнетоэлектрических монокристаллов MeTaHMo6ata.Свинца, полученный плавлением при 1350с смеси окиси свинца РЬО и гlяtиoкиcи ниобия - NbjO в соотношении 1:1. Выращивание кристал лов из этого расплава ведут медленохлаждением расплава в платинонымвом тигле от 1350 С до комнатной температуры ij . Недостатками расплава являются малый размер кристаллов (1x1x1 мм); образование кристаллов двух различных модификаций - орторомбической, со структурой типа тетрагональной калиево-вольфрамовой бронзы (сегне тоэлектрических) и ромбоэдрической (несегнетоэлектрическихО, трудность отделения кристаллов от застывшего расплава. .Известен также способ получения метаниобата свинца зонной плавкой в градиентной печи с максимальной температурой 1 350-1 . Процесс ведут в платиновом тигле с использованием синтезированного предварительно метаниобата свинца zj. Недостатком являе1;ся растрескивание образцов в направлений, перпенди кулярном к оси движения образца. Известен способ вытягивания крис таллов из расплава в платиновом тиг|лв с использованием в исходной смеси окислов РЬо.и , взятых в молярном отношении 1:1. Выращенный кристалл подвергают резкому охлаждению от 1350°С до 700°С и после часовой выдержки медленно охлаждают до комнатной температуры Щ. Этим способом получены наилучшие результаты. Этот способ наиболее бли зок к изобретению и выбран в качестве прототипа J Недостатком является высокая температура начала кристаллизации и закалки кристаллов (), что приводит к растрескиванию кристаллов из-за возникающих механических напряжений, значительному выделению из расплава высокотоксичной окиси свинца и потерям платины. Целью изобретения является снижение температур выращивания и последующей закалки. 0 Цель достигается тем, что расплав дополнительно содержит соединение 2РЬО 2 5 количестве 40 мол.%. Способ получения расплава заключается в плавлении при 1200-1 в платиновом тигле исходной смеси компонентов в указанных выше пределах. В,таблице приведены примеры составов расплавов и температурныхрежимов выращивания кристаллов. В примерах 1 и 2 таблицы составы исходных расплавов выходят за пре1делы предложенных соотношений компонентов в сторону больших концентраций растворителя, в примерах 8-9- в сторону меньших концентраций растворителя. В примерах 3-7 составы расплавов взяты в рекомендуемых соотношениях и пределах. В примерах 10-12 составы расплавов отличаются от рекомендуемых тем, что вместо РЬО и /2 QS в отношений. 2:1 расплав со- держит в качестве растворителя РЬО и V Ot; в отношении 1:1 в тех же пределах. Выращивание сегнетоэлектрических кристаллов метаниобата свинца ripo,r водят из указанных расплавов методой спонтанной кристаллизации.При температурах ниже из расплавов начинает кристаллизоваться несегнет электрическая (ромбоэдрическая) фазе. Поэтому выращивание сегнетоэлектрических кристаллов метаниобата свинца проводят только в интервале температур от 1220-1250°С (температура кристаллизации расплавов в указанных выше пределах концентраций) до (температура фазового перехода ). После этого остаток расплава сливают,а кристаллы охлаждают вне печи (закалка структуры) до комнатной температуР. Кристаллы отмывают от растворителя раствором КОН или NaOH. При сравнении п|эимеров 3-8 и 10-12 видно, что наиболее целесообразно использовать в качестве растворителя для РЬО и (1:1 ) расплав из РЬО V205 в отношении 2:1, так как при спользованГии расплава из РЬО и V2 Оз в соотношении 1:1 хотя и.растут ортоомбические (сегнетоэлектрические) кристаллы РЬ Nb20, но они менее прочые и при закаливании растрескиваются перпендикулярно оси С.

Из примера 1 и 2 следует, что при содержании в исходном расплаве менее 60 молД РЬО и Nb205- кристаллизация начинается при температурах соответственно и 1164°С. В примере 1 образуются только несегнетоэлектрические ромбоэдрические кристаллы РЬ NbnO, в примере 2 образуются такие же кристаллы и в виде примеси к ним мелкие кристаллики орторомбического PbNb20.

Примеры .8 и 9 показывают, что про введение процесса выращивания из расп лава, содержащего 70-75 молД РЬО и Nb20g в отношении 1:1 приводит к образованию большого числа Центров кристаллизации и получению мелких кристаллов.Температура кристаллизации из этих расплавов (1300-1305 С) близка к температуре кристаллизации из расплава состава РЬО Nb20g(1:1 ) (1350 с). Время проведения процесса выращивания кристаллов из этих расплавов возрастает в полтора раза,при этом из расплава интенсивно выдел ется окись свинца и возрастает вязкость расплава, что затрудняет слив растворителя. .:

Из примеров 3-7 следует, что из расплава, содержащего 60-65 мол. РЬО Nbj05- 0-35 мол.% 2РЬОУ205.ПРИ медленном охлаждении в интервале температур (температура начала кристаллизации сегнетоэлектрических кристаллов РЬ NbzOe) - П50 С

758904

(температура начала кристаллизации ромбоэдрических - несегнетоэлектрических кристаллов ) вырастают сегнетоэлектрические монокристаллы 5 метаниобата свинца размером 10х2х х2 мм, не растрескивающиеся при быстром охлаждении их от 1150 С до комнатной температуры. Таким образом,составы исследованных р сплавов и тем

10 пературные интервалы выращивания кристаллов , приведенные а примерах 3-7 являются оптимальными для пол чения сегнетоэлектрических .кристаллов указанным способом.

Ниже приводится пример выращиваtsния кристаллов метаниобата свинца из расплава предложенного состава.

Исходную смесь компонентов состава 35 мол. 2PbOV 05+ 63 молД

20 РЬО в количестве 50 г перемешивают , загружают в платиновый тигель, закрывают платиновой крышкой, помещают в вертикальную печь и нагревают в течение 1 ч до плавления

25 (). После часовой выдержки при T2ftOc расплав охлаждают со скоростью до и сливают с образовавшихся кристаллов,-а тигель с кристаллами извлекают .из печи и

30 охлаждают до комнатной температуры. Кристаллы имеют форму призм с размерами граней до 10x2,4x2 мм.Цвет кристаллов в зависимости от их толщины меняется от светло-желтого до корич35невого.

ПО.

,м

1 65% РЬО NbgOg- 1250То же -35 aPbtiV Of 1165

65% РЬО NbgOj- 12 0Сегнбто-35 2PbOV2% 50 электрическая, орторомбичесв

Продолжение таблицы

rz

8x1,6x1,7

10x2x2 кая

РАСПЛАВ ДЛЯ ВЫРАЩИВАНИЯ СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МОНОКРИСТАЛЛОВ МЕТАНИОБАТА СВИНЦА, включающий смесь окислов РЬО и , взятых в молярном соотношении 1:1, о т ли ч а -ющ и и с я тем, что, -с целью снижения температур выращивания и последующей закалки, он дополнительно содержит соединение 2 РЬО V 05-в количестве мол Д. (Л С