JPS6077190A - フラツクス法による単結晶の合成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、フラックス法を用いた単結晶を効率的に合成
する方法に関する。

ルビー、アレキサントティト等に代表される宝石部材は
、近年レーザー発振用結晶として注目されている。これ
らの単結晶の合成方法としては、引上げ法、水熱合成法
、フラックス法等が知られているが、引上げ法は工粟用
単紅；晶としては結晶ひずみが大きく、水熱合成法はコ
ストが非常に高いという欠点があるため、特に精密な結
晶合成をめる時にはフラックス法が多く用いられている
。

水元ＲＡは、このフラックス法による彫結晶合成の改良
を目的とする。

フラックス法による短結晶合成は、Ｐ／１０　、　Ｂ２
Ｏ３、Ｖ２Ｏ５，ＰｂＦ２　、　Ｎα３Ａ／３Ｆ６等ノ
フヲックスに目的とする単結晶成分母材を溶解し、痛１
度による溶解度の差によシフラックスから単結晶を析出
させる方法であることはここでこれ以上詳説するまでも
ない。フラックスに対する昆結晶成分のＷｉ解度は一般
にはそれほど大きくないため、罪結晶を大型にかつ大量
に成長させるにはフラックスの瓜結晶成分母材の溶解が
常に過飽和でなければならない。

過飽和度を大きくする最短の方法としては、短結晶成分
の解解部と凰結晶の成長部の温度勾配を大きくすれば良
いが、この温度勾配は単結晶成長にあたっては最も大き
な駆動力であり、ある程度以上大きい゛場合には次のよ
うな欠点が生ずる。

（１＋結晶の質が低下する。すなわち、積層欠陥が生じ
ゃすくなシ、いわゆるインクルージヨンが入フやすい。

ｉ２１目的とする種結晶上への成長の他に１自然核生成
による微結晶が多数発生して種結晶上に付着して単条結
晶化させる。

このような欠点を補うためには温度勾配を大きくしない
で単結晶成分母材の供給を増加させることが必要である
。フラックスを入れるるつばの大きさに対して単結晶を
安定に成長させるための単結晶成分母材を入れる容積は
１０ｑ６以下が望ましいと言われている。

本発明は、単結晶成分母材を多孔質に焼結して、単結晶
成分のフラックスへの溶解を容易にして安定かつ精密な
単結晶成長を行なうものである。

母材の焼結密度は６０チ〜９９チであシ、望ましくは、
７０〜９５チである。

焼結密度が６０％より小さい場合はフラックスへの溶解
にしたがって形状がくずれて、比表面積が小さくなり、
９９％ＬＤ大きい場合は、比表面積がバルクと大差がな
くなるため本発明の目的と合致しない。

また、母材には粉末を用い、その粒径ｉｔ　Ｏ，１〜１
１１ミクロン、望ましくは０．５〜５ミクロンである。

０、】ミクロンよル小さい粒子を用いて焼結すると２次
粒子が生じゃすくなシ、結果として０．】ミクロン以上
の径になるため意味がなく、また、１０ミクロンよシ大
きい粒子は焼結性が大きく低下するとともに比表面積が
小さくなって本発明の目的に合致しない。

焼結体の外形形状は基本的には任意であるが、るつほの
内径に対しｌ／３〜ＩＪ＋程度の大きさが望ましい、ｌ
／３より大きい場合には単結晶成分母材の量がフラック
ス量に比べ過剰にな多すぎ、］Ａ１より小さい場合には
母材の消費によって外形形状がくずれやすくなって比表
面積が小さくなるため望ましくない。

次忙本発明による効果を以下に示す。

（１１溶解速度が大きく、一定である。

焼結密層を比較的低くおさえであるため多孔質であり、
比表面積が大きく単結晶成長で消費される減少分を速や
かにフラックス中へ溶解させることができる。また、母
材が消費されても、比表面積がはｔ丁一定で推移するた
め、原料の供給を一定にでき、その結果結晶成長速度を
一定にすることができる。

（２１結晶成長速度を制御できる。

焼結度合によって比表面積を変化させることができる。

すなわち原料供給量を制御でき結晶成長速度を焼結度に
よって制御することができる。

（３１良質の結晶が得られる。

結晶成長は概ね次のような式に従う。

％式％ ΔＴ：母材部と結晶成長部の温度差 Ｍ：結晶成長面への母材の供給量 本発明の目的は前述したように△Ｔをできるだけ小さく
して結晶の質を良くシ、なおかつ工業的水準で結晶成長
を得ようとするところにある。

すなわち、本発明では焼結密度を６ｏチ〜９゜チにする
ことによって母材の供給を大きく、かつ一定にすること
ができた。これによってＭが大きくなるため△Ｔ′ｆｔ
小さくできるので結晶の品質を良くすることができる。

次に本発明の実施例を以下に示す。

実施例］ くアレキサンドライト単結晶成長〉 Ｂ　（３０：　Ａ、４２０３＝　ｌ　：　ｌ　（モル比
）　ノ粉末ＫＣｒ２ｏ３２　ｗｔ％を混合してラバープ
レスして焼結し、１（ＩＩＩＪＩφの母材をつくった。

白金るっは（６０Ｕφｘ　１５０　ｍ　）にこの母材を
８０Ｆ投入し、フラックスとしてＶ２Ｏ，７００９ｋ入
れて加熱した。

母材の焼結密度を７０チ、８０％、９９．９％の３水準
に分け、同一温度条件で結晶成長を行なった。なお、成
長部には３ｖｕｘ角の天然クリンベリル種結晶を白金線
でつるして入れた。

母材部の温度　９８０℃ 結晶長酸部の温度　９７０℃、９７５℃保持時間　１ｏ
ｏｏ時間 成長結果（成長量ｏｆ） 得られた結晶を顕微鏡観察およびＸ線ロッキングカーブ
で判定した結果ΔＴが１０℃の時は成長量は大きいがイ
ンクルージヨン、双晶が多く品質は悪く、△Ｔ＝５℃の
時はすべて品質はΔＴ＝１υ℃よル良いが、焼結密度が
７０％、８０チの方が成長速度は早かった。

実施例２ くルビー車結晶成長〉 ＡＡ２０３に３　ｗｔ’１６のＣｒ２Ｏ３ヲ入れテヨく
混合シ実施例１と同じ大きさに焼結した。６０１６ｍｍ
　Ｘ　１５０　ｍの白金るつばに焼結母材を８０を入れ
Ｐｂｏ　：　ＰｂＦ２＝　ｌ　：　５　（モル比）のフ
ラックスを１．５Ｈｆ入れ加熱して、母材部温度１１０
０℃、成長部温度１０９０℃で１０００時間保持した。

種結晶は１ｃｍ角のサファイア板を用いた。

結晶成長した結果は実施例１のアレキサントフィト単結
晶成長と同一の傾向であり、通常の温度条件△Ｔ　＝　
２０　℃より良好な結晶が得られ、焼結密度が８５％付
近でΔＴ＝２）℃と同程度の成長速度が得られた。

実施例３ くエメヲルド単結晶成長〉 原料　ＢｇＯ４１，２％ ＡＡｚｏｓ　５５．９％ ＣｒｘＯｓ　２．９％ の割合で混合し％Ｉ（１１１ＪＩφ、焼結密度９０チで
焼結し、１０ｆをるつぼに、　５ｈｏ２は水晶を肋２る
つほに入れた。

フラックスはｖ２０５　：　ＬｊｚＭｇＯ４＝　１　：
　１　（％　／ｌ／比）で４００２を入れ加熱した。

成長条件は、母材部９５０℃、成長部９４５℃で１００
０時間成長であったｃ１種結晶は１ｃｙｎ角の天然ベリ
ルを用いた。

この結′果、成長速度は０　、０３　ｙｕ１日が一定に
得られ、インクルージヨンは初期成長段階を除いて全く
みられなかった。

同一温度条件で焼結密度９９．８チの母材を用いた場合
は、結晶の品質は同等であったが成長速度が０．０１ａ
ｍ＋／日と遅く、母材の焼結密度の差が結晶成長速度に
明確に現われた。

以上、実施例に示したように、本発明によって、結晶成
長部と母材部の温度差を小さくして結晶の質を上げ、温
度差を小さくすることによって成長速度が低下する分を
母材の焼結密度を６０〜９９チにすることで補うことが
できることができた。

本発明によって、フラックス法を用いた革結晶合成技術
が品質向上、歩留向上を容易に達成することができるの
で、レーザー用等機能結晶に用いられるだけでなく、宝
飾用としても用いることができるため、実用上極めて有
用な発明である。

以　上 出願人　株式会社諏訪精工舎 代理人　弁理士段　上　務

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 酸化物、フッ化物等をフラックスとし、これらから温度
   差法あるいは徐冷法によってフラックス成分と異なる酸
   化物・フッ化物等の蛍結晶を合成する方法に於いて、目
   的とするＭ結晶成分の原料を焼結で製造し、その焼結密
   度を６０チから９９チにすることを特徴とするフラック
   ス法による単結晶の合成方法。