СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СЛОЖНОГО ОКСИДА ФОРМУЛЫ Y2BE2SIO7

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СЛОЖНОГО ОКСИДА ФОРМУЛЫ Y2BE2SIO7


RU (11) 2186886 (13) C2

(51) 7 C30B15/00, C30B29/34, H01S3/16 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 13.11.2007 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 2000116666/12 
(22) Дата подачи заявки: 2000.06.29 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2000.06.29 
(45) Опубликовано: 2002.08.10 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: BARTRAМ S.F. Crystal structure of Y2SiBe2O7 "Acta cristallogrophica, B., v.25, part 4, 1969, p. 791-795. FR 2678648 А1, 18.01.1993. Реферативный журнал "Химия", 1987, т.6, реф. № 6Б 2251. Кристаллическая структура, абсорбционные и люминесцентные свойства и стимулированное излучение для геллиевого геленита Са2-xNdxGa2+xSi1-x O7. KAMINSKII A.A. et al. Crystal structure (Са2-xNdx Ga2+xSi1-xO7), Phys. status solidi ", 1986, A 97, N 1, 279-290. КУЗЬМИЧЕВА Г.М. и др. Рентгеноструктурное исследование синтетических геленитов Са2Al(AlSi)O7 и акерманитов Са2MgSi2O7, допированных ионами хрома. - Журнал неорганической химии, 1995, т.40, №9, с.1422-1428. КУЗЬМИЧЕВА Г.М. и др. Особенности изоморфизма в мелилитах СаYAl3O7, содержащих ионы хрома. - Журнал неорганической химии, 1995, т.40, № 4, с.569-577. 
(71) Заявитель(и): Кузьмичева Галина Михайловна 
(72) Автор(ы): Кутовой С.А.; Кузьмичева Г.М.; Панютин В.Л.; Олейник А.Ю. 
(73) Патентообладатель(и): Кузьмичева Галина Михайловна 
Адрес для переписки: 109507, Москва, ул.Ферганская, 28/7, кв.262, Г.М. Кузьмичевой 

(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СЛОЖНОГО ОКСИДА ФОРМУЛЫ Y2BE2SIO7 

Изобретение относится к новому способу получения сложного оксида состава Y2Be2SiO7, который может быть использован в качестве кристаллической среды для лазерных кристаллов. Кристаллы выращены методом Чохральского на ростовой установке "Кристалл-3". Исходные оксиды берут в весовом соотношении: оксид иттрия 67,22-76,21%, оксид кремния 12,98-17,89%, оксид бериллия - до 100%, смешивают, смесь прессуют в виде таблеток, которые потом отжимают при температуре 1195-1205oС в течение 19-20 ч и затем загружают в тигель для выращивания кристаллов. Атмосфера выращивания: азот/кислород с относительной объемной концентрацией 98/2; иридиевый тигель 40х2х40 мм; температура на поверхности расплава 1650oС; затравка - иридиевый стержень; скорость вытягивания 1,5-3 мм/ч; скорость вращения штока 10 об/мин; теплоизоляция ростовой камеры - керамика Al2O3, ZrO2. Получены кристаллы больших размеров (диаметром 15 мм и длиной 30 мм) хорошего оптического качества. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к новому способу получения сложного оксида состава Y2Be2SiO7, являющегося перспективным материалом для оптоэлектроники.

Оксидные кристаллы, активированные ионами Cr4+, интересны как активные среды для перестраиваемых в ближней ИК области (1,3-1,5 мкм), и как работающие на эффекте насыщаемого поглощения пассивные затворы одномикронных лазеров [V.G.Ostroumov, F.Heine, S.Kuck, G.Huber, V.A.Mikhailov, I.A.Shcherbakov. Intracavity frequency-doubling diode-pumped Nb: LaSc3(BO3)4laser. // Appl. Phys B., 1997, v.64, p. 301-305.]. Для активации ионами Cr4+ наиболее предпочтительны кристаллические среды, содержащие в кристаллической структуре позиции с тетраэдрической координацией. К известным на сегодняшний день допированных Cr4+ лазерным средам относятся форстерит Mg2SiO4 и гранат Y3Al5O12, в структурах которых наряду с тетраэдрическими содержатся октаэдрические позиции, куда охотно входят ионы хрома с обычным формальным зарядом Cr3+. Вследствие этого содержание Cr4+ в кристаллах обычно очень низко. Например, в гранатах при общем содержании хрома ~1 % ат. типичные концентрации тетраэдрически координированного Cr4+ составляют лишь сотые доли от концентрации Cr3+, занимающих октаэдрические позиции [E.V.Zharikov. Rare-earth scandium garnets: problems of materials science. - Proc. of General Phys. Inst. "Optically dense active media". M.: Nauka, 26, 50-78 (1990)].

Увеличение содержания Cr4+ в кристаллах может быть достигнуто в кристаллической матрице соединения, содержащего в структуре лишь тетраэдрические позиции. При этом концентрация ионов Cr4+ в тетраэдрических позициях будет зависеть от формального заряда замещаемого катиона: при изовалентном замещении содержание ионов Cr4+ должно быть больше, нежели при гетеровалентном, но в обоих случаях совместно с ионами Cr3+. Были рассмотрены в качестве перспективных лазерных матриц кристаллы семейства мелилита: (Ca2MgSi2O7 и Ca2Al(AlSi)O7 [Кузьмичева Г. М., Жариков Е.В., Денисов А.Л. Рентгеноструктурное исследование синтетических геленитов Cа2Al(AlSi)O7 и акерманитов Ca2MgSi2О7, допированных ионами хрома. - Журнал неорганической химии, 1995, т. 40, 9, c.1422-1428], CaYAl3O7 [Кузьмичева Г.М., Мухин Б.В., Рыбаков В.Б., Денисов А.Л., Жариков Е.В., Смирнов В.А. Особенности изоморфизма в мелилитах CaYAl3О7, содержащих ионы хрома. - Журнал неорганической химии, 1995, т.40, 4, с. 569-577] , в строении которых присутствуют одиночные (MgO4 и AlO4) и сдвоенные (Si2O7, (Al,Si)2O7 и Al2O7) тетраэдры.

Присутствие ионов хрома в той или иной тетраэдрической позиции структуры и его формальный заряд определяется в первую очередь формальными зарядами катионов, находящихся в этих позициях (преимущественно Cr3+ для кристаллов CaYAl3+3O7 и Cr4+ для кристаллов Ca2Al(AlSi4+)O7 и Ca2MgSi4+2O7). Однако вхождение ионов хрома Cr4+ в диортогруппы соединений Ca2Al(AlSi4+)O7 и Ca2MgSi4+2O7 приводит к концентрационному тушению люминесценции из-за короткого расстояния между ионами активатора. С этих позиций представляется наиболее интересным соединение состава Y2Be2Si4+O7, принадлежащее к семейству мелилита.

Аналогом предлагаемого нами решения, является способ получения сложного оксида состава Y2Be2SiO7, кристаллизующегося в структуре семейства мелилита, который был получен по методу Чохральского, аналогично другому сложному оксиду - скандоборату лантана [Кутовой С.А. и др. Квантовая электроника, 1991, т. 18, 2, с.149], что предопределяет возможность промышленного производства кристаллов диаметром 15 мм и длиной 30 мм хорошего оптического качества на ростовой установке "Кристалл-3" (азотно-кислородная атмосфера выращивания - N2/O2 с относительной объемной концентрацией 98/2 (об.%); иридиевый тигель 40x2x40 мм; температура на поверхности расплава около 1650oС; затравка - иридиевый стержень; скорость вытягивания 1,5-3 мм/ч; скорость вращения штока 10 об/мин; теплоизоляция ростовой камеры - керамика Al2O3, ZrO2).

Наиболее близким решением к предлагаемому является работа [Ваrtrаm S.F. Сrystal struсture оf Y2Be2SiO7. // Асtа сristallogrарhiса, В. 1969, v.25, p. 791-795], в которой описаны способы получения Y2Be2SiO7. Поликристаллические образцы Y2Be2SiO7, были синтезированы на воздухе при 1350oС в течение 100 ч из стехиометрического количества оксидов иттрия, кремния и бериллия, предварительно спрессованных в таблетку. Монокристаллы размером 0,150,150,2 мм получены при газовом транспорте SiO2 на поверхности стержня BeO-Y2O3 в печи Глобара, в которой в качестве изолятора использовались кирпичи из SiO2. Описанные поликристаллические образцы и монокристаллы такого малого размера не могут быть использованы в качестве среды для лазерных кристаллов.

Цель данного изобретения - разработка способа получения больших размеров сложного оксида состава Y2Be2SiO7, кристаллизующегося в структуре семейства мелилита.

Сущность предлагаемого способа состоит в том, что в качестве исходных материалов для получения сложного оксида формулы Y2Be2SiO7 использовались высокочистые порошки оксидов иттрия, кремния, бериллия в следующем весовом соотношении: оксид иттрия - 76,21-67,22%, оксид кремния - 17,89-12,98%, оксид бериллия - остальное содержание до 100%. Высокочистые порошки оксидов перемешивают, смесь прессуют в виде таблеток диаметром 30 мм. Таблетки отжигают в муфельной печи при температуре 1195-1205oС течение 19-20 ч, после чего таблетки загружают в тигель, плавят и выращивают кристалл из расплава с температурой на поверхности 1645-1655oС по методу Чохральского.

Пример осуществления предлагаемого способа.

Исходные высокочистые порошки оксидов иттрия, кремния и бериллия взвешивают в весовом соотношении: оксид иттрия - 76,21-67,22%, оксид кремния 17,89-12,98%, оксид бериллия - остальное содержание до 100%. Вещества тщательно перемешивают и смесь прессуют в виде таблеток диаметром 30 мм. Полученные таблетки отжигают в муфельной печи при температуре 1195-1205oC в течение 19-20 ч. Далее таблетки загружают в иридиевый тигель размером 40x2x40 мм и выращивают кристаллы в азотно-кислородной атмосфере с относительной объемной концентрацией 98/2 (об. %), с температурой на поверхности расплава 1650oС и затравкой в виде иридиевого стержня; скорость вытягивания составляет 1,5-3 мм/ч при скорости вращения штока 10 об/мин. Термоизоляция ростовой камеры - керамика Al2O3, ZrO2. Кристаллы диаметром 15 мм и длиной 30 мм хорошего оптического качества выращены на ростовой установке "Кристалл-3".

Состав и строение кристалла Y2Be2SiO7 определены методом рентгеноструктурного анализа:

Тетрагональная сингония.

Пространственная группа: Р-421m.

Параметры ячейки: а=7,273(4), с=4,751(11)А.

Объем ячейки: 251,3(2)А3.

Молекулярный вес: 335,92.

Число формульных единиц в ячейке: 2.

Плотность: 4,440 г/см3.

Съемка обкатанного в сферу монокристаллического образца проведена на дифрактометре CAD-4 [Enraf-Nonius. CAD-4 Software. Version 5.0 Enraf-Nonius. Delft. The Netherlands. 1989.] при комнатной температуре (MoK излучение, графитовый монохроматор, - сканирование, интервал сканирования 1,1+0,345tg, скорость сканирования 1-7 град/мин). Параметры ячейки уточнены по 24 отражениям в угловом интервале 21,0<. Первичная обработка дифракционных данных проводилась по комплексу программ WinGX-96 [Farrugia L. J. WinGX-96. X-Ray Grystallographic Programs for Windows. Version 1.5 a. University of Glasgow. UK. 1996.], причем для кристалла Y2Be2SiО7 вводилась эмпирическая поправка на поглощение [North A.C.T., D.C.Philips., Mathews F. S.// Acta crystallog., A, 1968, v. 24, p.351].

Кристаллическая структура соединений уточнена полноматричным МНК в анизотропном приближении для всех атомов с использованием комплекса программ SHELXL-97 [Sheldrick G.M.SHELXL-97. Program for the Refinement of Crystall Structures. University of Gottingen. Germany. 1997] при учете атомных кривых рассеяния для нейтральных атомов. В качестве исходной структуры была принята структура Y2Be2SiO7 [Bartram S. F. Crystalstructure of Y2Be2SiO7 // Acta crystallog., B., 1969. v.25, p.791-795].

В структуре данного соединения атомы Y находятся в искаженных восьмивершинниках - скрученных (томсоновских) кубах, атомы Si занимают центры правильных (одиночных) тетраэдров, а атомы Be находятся в диортогруппах Be2О7. Присутствие в структуре Y2Be2Si4+O7 додекаэдрической позиции (аналогичная позиция есть в структуре граната) делает возможным введение Ln-активаторов (в частности, Nd3+, Yb3+) в позицию Y3+. Другой активатор - ион Cr4+ должен изовалентно замещать ионы Si4+, при этом, в отличие от соединений Ca2Al(AlSi4+)O7 и Ca2MgSi4+O7, эффект концентрационного тушения люминесценции должен проявляеться (если и будет) в меньшей мере из-за большого расстояния между ионами активатора, находящихся в одиночных тетраэдрах.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет получать кристаллы диаметром 15 мм и длиной 30 мм хорошего оптического качества, что предопределяет возможность промышленного производства этих кристаллов. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



Способ получения сложного оксида формулы Y2Be2SiO7, включающий смешение оксидов, прессование и отжиг с последующим выращиванием монокристалла, отличающийся тем, что исходные оксиды берут в весовом соотношении: оксид иттрия 67,22-76,21%, оксид кремния 12,98-17,89%, оксид бериллия до 100%, отжиг ведут при температуре 1195 - 1205oС в течение 19-20 ч, а выращивание кристалла проводят путем вытягивания монокристалла из расплава с температурой на его поверхности 1650oС со скоростью 1,5-3 мм/ч на затравку - иридиевый стержень, вращающуюся со скоростью 10 об/мин в атмосфере азота и кислорода с относительной объемной концентрацией N2/O2-98/2.


ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал

Подборка патентов изобретений и технологий относящихся к лазерным квантовым генераторам, а именно лазеры и лазерное оборудование:

- твердотельные полупроводниковые лазеры

- газовые лазеры

- химические лазеры

- практическое применение в промышленности, науке и в быту газовых, твердотельных и химических лазеров.


Лазеры. Лазерное оборудование






СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+газовый -лазер".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "лазер" будут найдены слова "лазеры", "лазерный" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("лазер!").



Рейтинг@Mail.ru