[發明專利]一種近化學計量比鉭酸鋰晶體的制備方法

有效

• 申請號: 201210203315.7
• 申請日: 2012-06-19
• 公開（公告）號: CN102689928A
• 公開（公告）日: 2012-09-26
• 發明（設計）人: 孫軍;許京軍;李威;楊金鳳;張玲;孔勇發;張華
• 申請（專利權）人: 南開大學
• 主分類號: C01G35/00
• 分類號: C01G35/00;C30B1/10;C30B29/30
• 代理公司: 天津佳盟知識產權代理有限公司 12002
• 代理人: 侯力

技術領域

本發明涉及一種用于近化學計量比鉭酸鋰晶體的制備方法，特別是高光學均勻性的近化學計量比鉭酸鋰晶體的制備方法。

背景技術

由于按照分子式化學計量配比的鉭酸鋰晶體不是固液同成分共熔，即鉭離子物質的量與鋰離子物質的量之比[Ta]:[Li]=l的鉭酸鋰熔體，結晶出來的固體成分與熔體成分不一致，其[Ta]:[Li]>l，從而使熔體的成分不斷發生變化，結晶的固體成分也不斷發生變化。因此難以得到成分均勻的鉭酸鋰晶體。固液同成分共熔配比的鉭酸鋰晶體為[Li]/[Li+Ta]約為48.46%，即鉭酸鋰晶體中鋰離子物質的量與鋰離子和鉭離子物質的量總和之比為48.46%，這種鉭酸鋰晶體通常被稱為同成分鉭酸鋰晶體。而[Li]/[Li+Ta]接近50%的鉭酸鋰晶體，組分接近化學計量配比，通常被稱為近化學計量比鉭酸鋰晶體。

為了得到成分均勻的近化學計量比鉭酸鋰晶體，現在采用的技術有以下幾種：

1、助熔劑法。在化學計量比配比的鉭酸鋰原料中添加助熔劑，然后從熔體中結晶得到近化學計量比配比的鉭酸鋰晶體。但助熔劑加入量很大，使得晶體生長時生長界面需要進行充分的擴散，因此生長速度緩慢，且晶體光學質量差，容易產生包裹體等，實用價值較低。

2、富鋰熔體生長法。在晶體生長時，利用富鋰的熔體直接生長近化學計量比的鉭酸鋰晶體。隨著生長的進行，往熔體中補充與生長晶體等量的近化學計量比配比的原料，使熔體的成分維持不變。這種方法需要精確稱量生長的晶體重量，然后根據晶體生長的重量往熔體中連續添加原料，因此技術難度很高，設備復雜，成品率低，成本高昂。

3、擴散法。目前的擴散法是將缺鋰的鉭酸鋰晶體放入由氧化鋰與氧化鉭燒制的陶瓷中，通過高溫下的氣相擴散，使鉭酸鋰晶體鋰的含量增加，從而得到成分均勻的近化學比鉭酸鋰晶體。該方法工藝較復雜，富鋰原料難以重復利用，擴散速度慢。

4、其它方法。包括區熔法、坩堝下降法等，但都局限于研究階段，尚未達到實用地步。

上述方法中，擴散法可以制備出高光學均勻性的近化學計量比鉭酸鋰晶體，但該方法的主要問題是擴散速度緩慢，使得擴散時間長，難以制備尺寸較厚的晶體，同時其成本也較高。

發明內容

本發明的目的是解決現有擴散法存在的擴散速度慢、成本高的問題，提供一種制備高光學均勻性近化學計量比鉭酸鋰晶體的方法。

本發明方法的技術方案是：

將缺鋰鉭酸鋰晶體的一側與碳酸鋰質量含量為15.8%~20.1%的碳酸鋰和五氧化二鉭混合物經升溫、熔化、降溫結晶、粉碎，得到的粒度為0.01mm~0.5mm的富鋰多晶粉末A接觸，另一側與碳酸鋰質量含量為10.0%~13.5%的碳酸鋰和五氧化二鉭混合物經升溫、熔化、降溫結晶、粉碎，得到的粒度為0.01mm~0.5mm的貧鋰多晶粉末B接觸，然后將晶體與多晶粉末一起放入坩堝中，將坩堝放入高溫爐在1300~1500℃溫度下進行高溫擴散處理，即可獲得近化學計量比鉭酸鋰晶體。

本發明方法的具體實施經過如下步驟：

1.制備富鋰多晶粉末A：根據需要制備的粉末的質量，按照碳酸鋰質量含量為15.8%~20.1%的比例，分別計算、稱量出所需的高純碳酸鋰粉末和余量的高純五氧化二鉭粉末，然后混合均勻，放入鉑坩堝中加熱使其全部熔化，然后降溫冷卻，得到結晶后的多晶塊料。多晶塊料經過粉碎，用篩子分選，取粒度為0.01mm~0.5mm的部分得到富鋰多晶粉末A。這樣合成的富鋰多晶粉末A為LiTaO₃和Li₃TaO₄的混合物。

2.制備貧鋰多晶粉末B：根據需要制備的粉末的質量，按照碳酸鋰質量含量為10.0%~13.5%的比例，分別計算、稱量出所需的高純碳酸鋰粉末和余量的高純五氧化二鉭粉末，然后混合均勻，放入鉑坩堝中加熱使其全部熔化，然后降溫冷卻，得到結晶后的多晶塊料。多晶塊料經過粉碎，用篩子分選，取粒度為0.01mm~0.5mm的部分得到貧鋰多晶粉末B。這樣合成的貧鋰多晶粉末B為LiTaO₃和LiTa₃O₄的混合物。

3.裝料：將富鋰多晶粉末A放入鉑坩堝底部，將待擴散的缺鋰鉭酸鋰晶體放在富鋰多晶粉末A的上面，晶體的周圍裸露的粉末用鉑金片覆蓋，然后再往坩堝中放入貧鋰多晶粉末B，無須密封。