JPH0253398B2 - - Google Patents
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- JPH0253398B2 JPH0253398B2 JP56210437A JP21043781A JPH0253398B2 JP H0253398 B2 JPH0253398 B2 JP H0253398B2 JP 56210437 A JP56210437 A JP 56210437A JP 21043781 A JP21043781 A JP 21043781A JP H0253398 B2 JPH0253398 B2 JP H0253398B2
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B13/00—Single-crystal growth by zone-melting; Refining by zone-melting
- C30B13/02—Zone-melting with a solvent, e.g. travelling solvent process
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
- C30B29/16—Oxides
- C30B29/22—Complex oxides
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
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- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Silicon Compounds (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
ベリル結晶は、組成が3BeO・Al2O3・6SiO2で
あり、六方晶系で、分解溶融型の材質であり、融
解温度が、1410℃とされている。従来、人工的な
合成方法として、水熱合成法とフラツクス合成法
が主要な方式として、周知であり、特にフラツク
ス法に、実用に併せられており、クロム（Cr）
元素をドーピングして、エメラルド結晶として、
世に、販売されている。然しながら、フラツクス
法は、以下の理由
白金ルツボを必要とする。[Detailed Description of the Invention] Beryl crystal has a composition of 3BeO.Al 2 O 3.6SiO 2 , is a hexagonal system, is a decomposition-melting type material, and has a melting temperature of 1410°C. Conventionally, the hydrothermal synthesis method and flux synthesis method are well known as the main methods for artificial synthesis, and the flux method has been especially used in practical applications.
By doping elements, it becomes emerald crystal.
It is sold all over the world. However, the flux method requires a platinum crucible for the following reasons.
合成温度の制御が厳密である。 The synthesis temperature is tightly controlled.
溶融塩（フラツクス）の使用量が多量であ
る。 A large amount of molten salt (flux) is used.
結晶欠陥（フエザーインクルージヨン）の発
生防止が、困難である。 It is difficult to prevent crystal defects (feather inclusions) from occurring.
結晶成長速度が小さい。 Crystal growth rate is low.
により、極めて、製造コストの高いものである。Therefore, the manufacturing cost is extremely high.
本願発明は、前記手法に代る安価な合成方式を
提供するものである。基本的発想は、周知のＦ・
Ｚ方式を改良変形させた手法にある。即わち、周
知の、赤外線集中加熱単結晶製造装置（Ｆ・Ｚ炉
と略称）を使用して、合成条件を新規に考案した
ものである。本手法は、
白金ルツボは不要
フラツクスの使用量は、極小量である。 The present invention provides an inexpensive synthesis method as an alternative to the above methods. The basic idea is the well-known F.
This method is an improved version of the Z method. That is, the synthesis conditions were newly devised using a well-known infrared concentrated heating single crystal manufacturing apparatus (abbreviated as FZ furnace). This method does not require a platinum crucible.The amount of flux used is extremely small.
従前のフラツクス法には無い制御パラメータ
により、結晶欠陥が制御できる。 Crystal defects can be controlled using control parameters that are not available in conventional flux methods.
結晶成長速度が、フラツクス法に比較して、
大きくとれる。 The crystal growth rate is faster than that of the flux method.
It can be taken in large quantities.
結晶成長方向が、任意に制御できる。 The direction of crystal growth can be controlled arbitrarily.
の特徴があり、結果として、スループツトが上
り、従前のフラツクス法よりも安価なプロセスで
ある。As a result, the process has higher throughput and is cheaper than the conventional flux method.
以下に、実施例を説明する。 Examples will be described below.
実施例 １
まず、原料粉末の調合を行なう。試薬持扱の酸
化ベリリウム（BeO）、酸化アルミニウム
（Al2O3）、酸化ケイ素（SiO2）、酸化クロム
（Cr2O3）より、秤量して、3BeO・Al2O3・
6SiO2・0.005Cr2O3の組成の混合粉末を作製する。
次に、該混合粉末を、ボールミルに依り、混合粉
砕を50時間以上行なう。この際、ポツト及びボー
ルの材質は高純度アルミナの焼結材である。次
に、該混合粉末を、周知のＦ・Ｚ法原料棒製造法
により、焼結体棒を作製する。これがＦ・Ｚ炉の
原料棒となる。Example 1 First, raw material powder is prepared. From beryllium oxide (BeO), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), silicon oxide (SiO 2 ), and chromium oxide (Cr 2 O 3 ), which are available as reagents, weigh them and make 3BeO・Al 2 O 3・
A mixed powder having a composition of 6SiO 2 and 0.005Cr 2 O 3 is prepared.
Next, the mixed powder is mixed and pulverized for 50 hours or more using a ball mill. At this time, the material of the pot and ball is a sintered material of high purity alumina. Next, a sintered rod is produced from the mixed powder by the well-known FZ method for producing raw material rods. This becomes the raw material rod for the FZ furnace.
次に、フラツクスとして、Li2O・V2O5の組成
となる如くに、試薬特級の水酸化リチウム
（LiOH）及び五酸化バナジウム（V2O5）を秤量
する。該粉末に、前記、3BeO・Al2O3・6SiO2・
0.005Cr2O3の組成の粉末を重量割合で、20％相当
分を加える。 Next, as a flux, reagent-grade lithium hydroxide (LiOH) and vanadium pentoxide (V 2 O 5 ) are weighed so as to have a composition of Li 2 O.V 2 O 5 . The above-mentioned 3BeO・Al 2 O 3・6SiO 2・
Add powder with a composition of 0.005Cr 2 O 3 in an amount equivalent to 20% by weight.
然る後の混合粉末を、成形、焼結を行なつて、
デイスク状の焼結したフラツクスペレツトを作
る。次に、種子結晶として、フラツクス法により
合成されたベリル結晶をＣ軸方向に長く切断し、
所定寸法に加工する。次に、以上のプロセスにて
予め、用意されたものを、Ｆ・Ｚ炉にセツトし
て、結晶合成を行なう。Ｆ・Ｚ炉は、大略、第１
図に示される構造であり、例えば、ニチデン機械
株式会社製のSC−２型でよい。即わち、１は、
原料素材棒であり、２は、種子結晶、３は、回転
楕円面鏡用の２つの焦点であり、一方は、ハロゲ
ンランプ５で熱源であり、他の一方は、溶融した
フラツクスである。６は透明石英チユーブであ
り、７はレンズ、８はスクリーンであり、合成状
況のモニタリングを行なう。９，１０は、上、下
の回転軸であり、１及び２の回転及び、上下動を
制御する。 After that, the mixed powder is molded and sintered,
Create disc-shaped sintered flux pellets. Next, as a seed crystal, a beryl crystal synthesized by the flux method was cut long in the C-axis direction.
Process to specified dimensions. Next, the material prepared in advance through the above process is set in an FZ furnace and crystal synthesis is performed. The F/Z furnace is roughly the first
It has the structure shown in the figure, and may be, for example, the SC-2 type manufactured by Nichiden Kikai Co., Ltd. That is, 1 is
A raw material rod, 2 is a seed crystal, 3 is two focal points for the spheroidal mirror, one is a halogen lamp 5 as a heat source, and the other is a molten flux. 6 is a transparent quartz tube, 7 is a lens, and 8 is a screen, which monitors the synthesis situation. 9 and 10 are upper and lower rotation axes, which control the rotation and vertical movement of 1 and 2.
最初に、セツトされた種子結晶２の上に、フラ
ツクスペレツトを載置し、該ペレツト直上に原料
素材棒を接触させて、セツトする。この状態で、
ハロゲンランプの電力を上昇させて、フラツクス
ペレツトを溶融せしめ、フラツクスが、種子結晶
２と原料素材棒１の間に表面張力で保持されてい
る状態を維持する。その後、溶融フラツクス部を
1100℃に保持し、上下軸を逆方向に、50r.p.mで
回転させ10時間、保持する。然る後に、溶融ゾー
ンの上下距離を維持する状態で、９及び１０を下
方に移動させる。この場合、移動速度は即結晶成
長速度に対応する。結晶成長速度は、大きすぎる
とインクルージヨンが発生するため、制御されな
ければならず、最大１mm／DAYである。これ以
下の成長速度で、インクルージヨンの無い結晶が
作製でき、また、低速ほど、他の成長条件の制御
余裕幅が大きくとれ、容易に成長させることがで
きる。結晶成長は、溶融体と結晶の界面で進行す
るため、下方の結晶体は、合成完了時には、その
上部のフラツクス固体を切断すれば、即エメラル
ド結晶体のみとして利用でき、特に後処理を必要
としない。以上の手法により、0.01〜0.5mm／
DAYの速度で、インクルージヨンの無いエメラ
ルドが合成できた。結晶の直径は、大略５〜10
ｍ／ｍである。 First, a flux pellet is placed on top of the seed crystal 2 that has been set, and a raw material rod is brought into contact with and set directly above the pellet. In this state,
The power of the halogen lamp is increased to melt the flux pellet and maintain the state in which the flux is held between the seed crystal 2 and the raw material rod 1 by surface tension. After that, the molten flux area is
The temperature was maintained at 1100°C, and the vertical axis was rotated in the opposite direction at 50 rpm for 10 hours. After that, 9 and 10 are moved downward while maintaining the vertical distance of the melting zone. In this case, the speed of movement corresponds to the immediate crystal growth rate. The crystal growth rate must be controlled to a maximum of 1 mm/day, since inclusions will occur if it is too large. A crystal without inclusions can be produced at a growth rate lower than this, and the slower the growth rate, the greater the control margin for other growth conditions, and the easier the growth. Crystal growth proceeds at the interface between the melt and the crystal, so when the synthesis is completed, the lower crystal can be used as an emerald crystal by cutting off the upper flux solid, and no special post-processing is required. do not. By the above method, 0.01~0.5mm/
I was able to synthesize an emerald without inclusions at the speed of DAY. The diameter of the crystal is approximately 5 to 10
m/m.
実施例 ２
実施例１と同様の前提条件で、原料素材棒１と
種子結晶２の配置を上・下逆転して、合成を行な
つた。さらに、最初の段階で1100℃で保持する間
に、上部種子結晶と溶融体とを接触させずに、溶
融体を下部原料素材棒の上端に表面張力で保持さ
せた状態で維持し、10時間後に、種子結晶と接触
させ、以後結晶成長を行なわせた。この場合は溶
融体の飽和溶解度を制御することが容易で、種子
結晶接触後、直ちに、結晶成長に進めることがで
きる。結晶の品質は、実施例同様に、80倍の宝石
顕微鏡の観察で、インクルージヨンは認められな
かつた。Example 2 Synthesis was carried out under the same preconditions as in Example 1, with the arrangement of the raw material rod 1 and the seed crystal 2 reversed upside down. Furthermore, during the initial stage of holding at 1100°C, the melt was maintained at the upper end of the lower raw material rod by surface tension without contact between the upper seed crystal and the melt for 10 hours. Afterwards, it was brought into contact with a seed crystal, and crystal growth was allowed to occur thereafter. In this case, it is easy to control the saturation solubility of the melt, and crystal growth can proceed immediately after contact with the seed crystal. As with the examples, the quality of the crystals was determined by observation using a gemstone microscope at 80x magnification, and no inclusions were observed.
実施例 ３
実施例１と同様の条件で、フラツクスペレツト
の組成として、V2O5／Li2Oのモル比を変化させ
て、実験の結果、１〜５の範囲で、インクルージ
ヨンの観察されないエメラルドが合成された。Example 3 Under the same conditions as in Example 1, the molar ratio of V 2 O 5 /Li 2 O was varied as the composition of the flux pellets, and as a result of experiments, inclusions were found to be within the range of 1 to 5. An unobserved emerald was synthesized.
実施例 ４
実施例１と同様の条件で、結晶成長温度、即わ
ち溶融体温度を変化させて実験した。温度は、ハ
ロゲンランプの電力の変動を換算している。この
結果、0.5mm／DAYの成長速度では、950〜1200
℃の間で、インクルージヨンの無い成長が可能で
ある。Example 4 An experiment was conducted under the same conditions as in Example 1 while changing the crystal growth temperature, that is, the melt temperature. The temperature is calculated by converting the power fluctuation of the halogen lamp. As a result, at a growth rate of 0.5 mm/day, 950 to 1200
℃, inclusion-free growth is possible.
実施例 ５
実施例１と同等の条件で、フラツクスペレツト
として、Li2O−M0O3系を実験した。この結果、
成長速度：0.01〜0.2mm／DAY
成長温度：750〜950℃
組成モル比：２〜５（M0O3／Li2O）
の範囲が適切である。Example 5 Under the same conditions as in Example 1, an experiment was conducted using the Li 2 O-M 0 O 3 system as a flux pellet. As a result, the following ranges are appropriate: Growth rate: 0.01 to 0.2 mm/day Growth temperature: 750 to 950°C Composition molar ratio: 2 to 5 (M 0 O 3 /Li 2 O).
実施例 ６
実施例１と同等の条件で、フラツクスペレツト
として、Li2O−WO3系を実験した。この結果
成長速度：0.01〜0.2mm／DAY
成長温度：800〜1000℃
組成モル比：２〜６（WO3／Li2O）
の範囲が適切である。Example 6 Under the same conditions as in Example 1, a Li 2 O--WO 3 system was tested as a flux pellet. As a result, growth rate: 0.01 to 0.2 mm/day Growth temperature: 800 to 1000°C Composition molar ratio: 2 to 6 (WO 3 /Li 2 O) is suitable.
以上のごとく、本発明のベリル結晶合成法は、
溶融帯中にはベリル結晶を構成する成分の他に酸
化リチウム系のフラツクスが含まれてなる、FZ
法とフラツクス法とを併用するものであり、従来
にない全く新規な合成法であり、その特徴とする
効果は、
●結晶欠陥のない純粋である良質の単結晶ができ
る、
●しかも、安定して得ることができる、
●更に、結晶の成長速度が大きくとれる、
という従来法では得ることができない格別なもの
である。 As described above, the beryl crystal synthesis method of the present invention is
FZ, which contains lithium oxide flux in addition to the components constituting beryl crystals, is in the melting zone.
It is a completely new synthesis method that has not been seen before, and it combines the flux method and the flux method, and its distinctive effects are: - It produces a pure, high-quality single crystal with no crystal defects, and - Moreover, it is stable. ●Furthermore, the crystal growth rate can be increased, which is something special that cannot be obtained by conventional methods.
上記効果は、溶融帯の温度及び移動速度、種子
結晶の結晶方位面、及びその方位面の角度等の制
御パラメータにより、結晶欠陥が確実に制御でき
ることにより可能になつたものである。 The above effects are made possible because crystal defects can be reliably controlled by control parameters such as the temperature and movement speed of the melting zone, the crystal orientation plane of the seed crystal, and the angle of the orientation plane.
第１図は、本願発明に係るＦ・Ｚ炉の概要を示
す図である。１は、原料素材棒、２は種子結晶、
３は回転楕円面鏡の２つの焦点、４は回転楕円面
鏡、５はハロゲンランプ、６は透明石英管、７は
レンズ、８はスクリーンで、７，８により、合成
状況の像観察が為される。
FIG. 1 is a diagram showing an outline of an FZ furnace according to the present invention. 1 is a raw material rod, 2 is a seed crystal,
3 is the two focal points of a spheroidal mirror, 4 is a spheroidal mirror, 5 is a halogen lamp, 6 is a transparent quartz tube, 7 is a lens, and 8 is a screen. 7 and 8 allow image observation of the composite situation. be done.
Claims (1)
（Al2O3）、酸化珪素（SiO2）、酸化クロム
（Cr2O3）を主成分とする混合粉末を成形・焼結
して原料棒とし、酸化リチウム（LiO2）／五酸
化バナジウム（V2O5）、酸化リチウム（LiO2）／
酸化モリブデン（MoO3）、または酸化リチウム
（LiO2）／酸化タングステン（WO3）のいずれか
から選ばれたフラツクス組成物を主成分とする混
合粉末を成形してフラツクスペレツトとし、該原
料棒をＦ・Ｚ炉中の上回転軸の下方に配置し、該
原料棒と相対向した下回転軸上に配置された種子
結晶との間に該フラツクスペレツトを狭持させ
て、該Ｆ・Ｚ炉中の光源からのフラツクスペレツ
トに焦光させるとともに該焦光させる位置を徐々
に原料棒側に移動させて結晶合成することを特徴
とするＦ・Ｚ法によるベリル結晶合成法。1 A mixed powder whose main components are beryllium oxide (BeO), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), silicon oxide (SiO 2 ), and chromium oxide (Cr 2 O 3 ) is molded and sintered to form a raw material rod, and then oxidized. Lithium (LiO 2 )/vanadium pentoxide (V 2 O 5 ), lithium oxide (LiO 2 )/
A mixed powder mainly composed of a flux composition selected from molybdenum oxide (MoO 3 ) or lithium oxide (LiO 2 )/tungsten oxide (WO 3 ) is molded into flux pellets, and the raw material is A rod is placed below the upper rotating shaft in the FZ furnace, and the flux pellets are held between the raw material rod and the seed crystals placed on the opposite lower rotating shaft. A beryl crystal synthesis method using the FZ method, which is characterized in that crystal synthesis is performed by focusing a flux pellet from a light source in an FZ furnace and gradually moving the focused position toward the raw material rod. .
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56210437A JPS58115089A (en) | 1981-12-25 | 1981-12-25 | Synthesis of beryl crystal by f-z process |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56210437A JPS58115089A (en) | 1981-12-25 | 1981-12-25 | Synthesis of beryl crystal by f-z process |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58115089A JPS58115089A (en) | 1983-07-08 |
| JPH0253398B2 true JPH0253398B2 (en) | 1990-11-16 |
Family
ID=16589307
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56210437A Granted JPS58115089A (en) | 1981-12-25 | 1981-12-25 | Synthesis of beryl crystal by f-z process |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58115089A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0570893U (en) * | 1992-02-27 | 1993-09-24 | 貞彦 長江 | Paper splicing device |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6052117B2 (en) * | 1977-07-04 | 1985-11-18 | セイコーエプソン株式会社 | Beryl single crystal manufacturing method |
| JPS5638559A (en) * | 1979-09-03 | 1981-04-13 | Daihatsu Motor Co Ltd | Controlling method of ignition timing of internal combustion engine |
-
1981
- 1981-12-25 JP JP56210437A patent/JPS58115089A/en active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0570893U (en) * | 1992-02-27 | 1993-09-24 | 貞彦 長江 | Paper splicing device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58115089A (en) | 1983-07-08 |
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