[发明专利]一种近化学计量比钽酸锂晶体的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于近化学计量比钽酸锂晶体的制备方法，特别是高光学均匀性的近化学计量比钽酸锂晶体的制备方法。

背景技术

由于按照分子式化学计量配比的钽酸锂晶体不是固液同成分共熔，即钽离子物质的量与锂离子物质的量之比[Ta]:[Li]=l的钽酸锂熔体，结晶出来的固体成分与熔体成分不一致，其[Ta]:[Li]>l，从而使熔体的成分不断发生变化，结晶的固体成分也不断发生变化。因此难以得到成分均匀的钽酸锂晶体。固液同成分共熔配比的钽酸锂晶体为[Li]/[Li+Ta]约为48.46%，即钽酸锂晶体中锂离子物质的量与锂离子和钽离子物质的量总和之比为48.46%，这种钽酸锂晶体通常被称为同成分钽酸锂晶体。而[Li]/[Li+Ta]接近50%的钽酸锂晶体，组分接近化学计量配比，通常被称为近化学计量比钽酸锂晶体。

为了得到成分均匀的近化学计量比钽酸锂晶体，现在采用的技术有以下几种：

1、助熔剂法。在化学计量比配比的钽酸锂原料中添加助熔剂，然后从熔体中结晶得到近化学计量比配比的钽酸锂晶体。但助熔剂加入量很大，使得晶体生长时生长界面需要进行充分的扩散，因此生长速度缓慢，且晶体光学质量差，容易产生包裹体等，实用价值较低。

2、富锂熔体生长法。在晶体生长时，利用富锂的熔体直接生长近化学计量比的钽酸锂晶体。随着生长的进行，往熔体中补充与生长晶体等量的近化学计量比配比的原料，使熔体的成分维持不变。这种方法需要精确称量生长的晶体重量，然后根据晶体生长的重量往熔体中连续添加原料，因此技术难度很高，设备复杂，成品率低，成本高昂。

3、扩散法。目前的扩散法是将缺锂的钽酸锂晶体放入由氧化锂与氧化钽烧制的陶瓷中，通过高温下的气相扩散，使钽酸锂晶体锂的含量增加，从而得到成分均匀的近化学比钽酸锂晶体。该方法工艺较复杂，富锂原料难以重复利用，扩散速度慢。

4、其它方法。包括区熔法、坩埚下降法等，但都局限于研究阶段，尚未达到实用地步。

上述方法中，扩散法可以制备出高光学均匀性的近化学计量比钽酸锂晶体，但该方法的主要问题是扩散速度缓慢，使得扩散时间长，难以制备尺寸较厚的晶体，同时其成本也较高。

发明内容

本发明的目的是解决现有扩散法存在的扩散速度慢、成本高的问题，提供一种制备高光学均匀性近化学计量比钽酸锂晶体的方法。

本发明方法的技术方案是：

将缺锂钽酸锂晶体的一侧与碳酸锂质量含量为15.8%~20.1%的碳酸锂和五氧化二钽混合物经升温、熔化、降温结晶、粉碎，得到的粒度为0.01mm~0.5mm的富锂多晶粉末A接触，另一侧与碳酸锂质量含量为10.0%~13.5%的碳酸锂和五氧化二钽混合物经升温、熔化、降温结晶、粉碎，得到的粒度为0.01mm~0.5mm的贫锂多晶粉末B接触，然后将晶体与多晶粉末一起放入坩埚中，将坩埚放入高温炉在1300~1500℃温度下进行高温扩散处理，即可获得近化学计量比钽酸锂晶体。

本发明方法的具体实施经过如下步骤：

1.制备富锂多晶粉末A：根据需要制备的粉末的质量，按照碳酸锂质量含量为15.8%~20.1%的比例，分别计算、称量出所需的高纯碳酸锂粉末和余量的高纯五氧化二钽粉末，然后混合均匀，放入铂坩埚中加热使其全部熔化，然后降温冷却，得到结晶后的多晶块料。多晶块料经过粉碎，用筛子分选，取粒度为0.01mm~0.5mm的部分得到富锂多晶粉末A。这样合成的富锂多晶粉末A为LiTaO₃和Li₃TaO₄的混合物。

2.制备贫锂多晶粉末B：根据需要制备的粉末的质量，按照碳酸锂质量含量为10.0%~13.5%的比例，分别计算、称量出所需的高纯碳酸锂粉末和余量的高纯五氧化二钽粉末，然后混合均匀，放入铂坩埚中加热使其全部熔化，然后降温冷却，得到结晶后的多晶块料。多晶块料经过粉碎，用筛子分选，取粒度为0.01mm~0.5mm的部分得到贫锂多晶粉末B。这样合成的贫锂多晶粉末B为LiTaO₃和LiTa₃O₄的混合物。

3.装料：将富锂多晶粉末A放入铂坩埚底部，将待扩散的缺锂钽酸锂晶体放在富锂多晶粉末A的上面，晶体的周围裸露的粉末用铂金片覆盖，然后再往坩埚中放入贫锂多晶粉末B，无须密封。