专利名称：磷酸二氢钾孪晶的制备方法
技术领域：
本发明涉及两块磷酸二氢钾(KDP)的结合成孪晶的方法，它主要是一种采用晶体抛光后再进行热处理的方法，通过分子扩散使两块大小相同晶体结合的方法，并且结合面具有良好的机械性能，属无机晶体材料制备工艺技术领域。
背景技术：
近些年来，有关“负折射率”人工媒质的研究成为一个引人注目的前沿领域，并引发了许多的可能应用。在一定入射角范围内，两块晶体界面对光波有等效负折射和全透射现象。由此，我们可以自主设计晶体结构，使晶体界面实现全角度内的等效负折射现象，并尽可能地补偿晶体的色散和双折射。同时，我们还可以优化晶体结构，实现滤波、波分复用、 角色散、色散补偿、电光调制器件等用途，其应用前景非常的有潜力。自然界天然孪晶比较少，质量也不高。我们采用热键合的方法，可以将两块晶体很好结合起来，结合面能够承受一定的机械强度，再借鉴水溶液降温法生长晶体就可制备光学性质良好的孪晶。目前，没有找到有关KDP晶体结合的此种方法。
发明内容
本发明的目的是针对目前自然界孪晶稀少，单一的光胶法和水溶液法制备的KDP 孪晶质量不高，不完美，并且大小不易控制。故提出一种新的KDP晶体结合的工艺方法，可以在一般实验室中广泛进行。本发明磷酸二氢钾孪晶的制备采用了抛光后再进行热处理，最后采用饱和溶液降温结晶的制取方法来制得孪晶，该方法的特征是具有以下的制备过程和步骤
a.将一块外形完整的磷酸二氢钾(KDP)晶体切掉两锥顶，剩下的部分切取两段，用细砂纸将这两段晶体按一定角度方向粗磨，以2和2’为长方体的底面用细砂纸磨去多余的晶体，使晶体成长方体形状，再对欲结合的两个面进行细磨，最后两段晶体应磨成大小相同且能够完全重合；
b.对晶体进行抛光，用W2.5规格的人造金刚石研磨膏，在孔径为0. 22微米的混合纤维素微孔滤膜上抛光；微孔滤膜为Φ 100毫米CA-CN膜水膜醋酸纤维素混合纤维微孔滤膜，由于该微孔滤膜表面平滑，微孔结构均勻，适合抛光物体；待晶体表面没有任何划痕时，用无水乙醇作润滑剂和清洗剂在混合纤维素微孔滤膜上再一次抛光，直到在灯光下观察，没有任何划痕；
c.将晶体的两个抛光面对应重合，并且提供490帕左右的压强，最后放入刚玉方舟中；
d.轻轻将载有KDP晶体的刚玉方舟放入GSL1600X型真空管式炉中，炉子的加热条件设置成经过1440分钟使炉中温度由室温升至180 190° C，再保温大于1880分钟，最后以 0. 10 0. 25° C/min的降温速度降至室温；
e.待炉子完成加热时，小心取出刚玉方舟；最终两块KDP晶体结合在一起，并且两光轴成一定角度；f.把已结合的磷酸二氢钾晶体的棱磨掉，成一圆柱形，套入软橡胶管中并且露出一定长度的晶体，然后将露出的晶体细磨成一截顶圆锥形，然后进行抛光处理；
g.配制好磷酸二氢钾(KDP)饱和溶液溶质KDP为分析纯经过一次重结晶的提纯产品， 溶剂为三次蒸馏水；先用0. 22微米微孔滤膜过滤溶液，然后测出KDP溶液饱和温度；再加热该溶液提高至原饱和温度之上15°C的温度，在该温度下预热48小时；然后将溶液温度下降到高出原饱和温度5°C的温度；
h.把套有磷酸二氢钾的晶体放入溶液中，等放入的晶体稍溶解后，将溶液温度下降到测定的饱和温度，并按设计的程序降温，使晶体在溶液中良好生长；最后取出晶体，用过滤纸吸干晶体表面的溶液，最终制得两光轴成45°的磷酸二氢钾孪晶。本发明方法的特点和优点如下
(1)本发明用来结合的两段KDP晶体是由同一单晶切割下来的，具有同样的晶体性质和光子性能，并且去除了两锥顶。(2)本发明以分子扩散理论为基础，对实验条件要求不是很高，晶体结合工艺简单，且不引进其它杂质。(3)本发明对磷酸二氢钾晶体进行抛光用的混合纤维素微孔滤膜是Φ100毫米 CA-CN膜水膜醋酸纤维素混合纤维微孔滤膜(孔径为0. 22微米)。
图1为本发明结合KDP晶体时籽晶处理的平面图(图中虚线表示切割方向，虚点线表示打磨方向)。图2为经过处理后底面是2和2’的立体图(长方体)，并且2和2’面是抛光面。图3为两块KDP晶体的结合图，接触面为2和2’面。图4为处理后的磷酸二氢钾晶体嵌套在软橡胶管的平面图。图5为处理后的磷酸二氢钾晶体立体图。
具体实施例方式现结合附图把本发明实施例更进一步详细叙述如下
1、培养KDP单晶①用提纯后的KDP原料按溶解度公式在烧杯中配制高于室温5°C的 KDP饱和液溶若干，稍过热后注入大小适中的培养皿中，用表面皿盖好，让其在室温下冷却结晶，若干时间后挑选出尺寸较大、外形较好的“晶芽”用不锈钢镊子取出并用滤纸吸干表面，为了让晶芽长的大点，通常把表面皿掀开一条缝来控制蒸发；②上述的晶芽还不够大， 不可直接用于KDP孪晶生长实验，为此把晶芽当成籽晶，继续培养成可供实验使用的单晶。 最终培养出优质、横截面积较为理想、外形完整的KDP单晶。2 JfKDP晶体切掉两锥顶，剩下的部分切取两段，用细砂纸将这两段晶体按一定角度方向粗磨(如图所示)，以2和2’为长方体的底面用细砂纸磨去晶体多余的部分(如图1所示)，使晶体成长方体形状，再对欲结合的两个面进行细磨，两段晶体应磨成大小相同且能够完全重合的面(如图3所示)。3、对晶体进行抛光时，用W2. 5规格的人造金刚石研磨膏，在0. 22微米的混合纤维素微孔滤膜上抛光，待表面没有任何划痕时，用无水乙醇作润滑剂和清洗剂在混合纤维素
4微孔滤膜上再一次抛光。直到在灯光下观察，没有任何划痕。4、将晶体的两个抛光面对应重合，并且提供490帕左右的压强，最后放入刚玉方舟中。5、轻轻将载有KDP晶体的刚玉方舟放入GSL1600X型真空管式炉中，炉子的条件设置成经“过1440分钟使炉中温度由室温升至180° C，再保温观80分钟，最后经过1440分钟降至室温；或是经过1440分钟使炉中温度由室温升至190° C，再保温3600分钟，最后经过720分钟降至室温”。6、晶体出炉，待炉子完成实验时，小心取出刚玉方舟。最终两块晶体结合在一起， 并且两光轴成一定角度。7、对已结合的磷酸二氢钾晶体的棱进行粗磨，磨成一圆柱形，套入软橡胶管中并且露出一定长度的晶体(如图4所示)，然后将露出的晶体细磨成一截顶圆锥形(如图5)，最后用W2. 5规格的人造金刚石研磨膏，在0. 22微米的混合纤维素微孔滤膜上抛光，待表面没有任何划痕时，抛光完成，最后用酒精擦拭干净。8、按公式庐4. 04X10^+0. 3567+13. 6 (式中S的单位为gKDP/\mml水，温度T的单位为。C )配制50°C的KDP饱和溶液。9、测KDP溶液饱和温度，测得饱和温度为51. 4°C。10、用孔径为0. 22mm的微孔滤膜过滤溶液。11、本实验将溶液温度升高到66. 4°C，在66. 4°C下，溶液预热48小时，这是本实验条件比较理想的参数。12、将溶液温度下降到56. 4°C，放入粘好的晶体(晶体在放入溶液前先放入空的充晶器内缓慢升温，升温到56. 4°C，待上1小时后，再将晶体放入溶液)。13、等晶体稍溶后，将溶液温度下降到51. 40C ；按设计的程序降温，使晶体在溶液中生长。14、晶体出槽，用过滤纸吸干晶体表面的溶液，最终制得两光轴成45°的磷酸二氢钾孪晶。实验生长出清晰的孪晶界面，并且孪晶的机械性能较好。
权利要求
1. 一种磷酸二氢钾(KDP)孪晶的制备方法，主要采用抛光后再进行热处理，使两块磷酸二氢钾(KDP)晶体粘合，以粘合后的两块磷酸二氢钾晶体作为籽晶，然后采用水溶液降温法来制得孪晶；其特征在于该方法的具体步骤为a.将一块外形完整的磷酸二氢钾(KDP)晶体切掉两锥顶，剩下的部分切取两段，用细砂纸将这两段晶体按一定角度方向粗磨，再用细砂纸磨去多余的晶体，使晶体成长方体形状，再对欲结合的两个面进行细磨，最后两段晶体应磨成大小相同且能够完全重合；b.对晶体进行抛光，用颗粒度W2.5的金刚石研磨膏在0. 22微米的混合纤维素微孔滤膜上抛光，待表面没有任何划痕时，用无水乙醇作润滑剂和清洗剂在微孔滤膜上再一次抛光，直到在灯光下观察时，没有任何划痕；c.将晶体的两个抛光面对应重合，上面施加一定的压强，最后放入刚玉方舟中；d.轻轻将载有磷酸二氢钾(KDP)晶体的刚玉方舟放入真空管式炉中，未加热前，炉子中的环境是自然环境，即一个标准大气压，温度为室温；炉子的加热条件设置成以0. 10 0. 20° C/min的升温速率，由室温升至180 190° C，再保温合适的时间， 一般大于1880分钟，最后以0. 10 0. 25° C/min的降温速度降至室温；e.待炉子完成加热时，小心取出刚玉方舟；最终两块KDP晶体结合在一起，并且两光轴成一定角度；f.把已结合的磷酸二氢钾晶体进行粗磨，磨成一圆柱形，套入软橡胶管中并且露出一定长度的晶体，然后将露出的晶体细磨成一截顶圆锥形，然后用颗粒度W2. 5的金刚石研磨膏在0. 22微米的混合纤维素微孔滤膜上抛光，待表面没有任何划痕时，用酒精清洗干净；g.配制好磷酸二氢钾(KDP)饱和溶液，溶质KDP为分析纯经过一次重结晶的提纯产品， 溶剂为三次蒸馏水；先用0. 22微米微孔滤膜过滤溶液，然后测出KDP溶液饱和温度；再加热该溶液至原饱和温度之上15°C的温度，在该温度下预热48小时；然后将溶液温度下降到高出原饱和温度5°C的温度；h.把套有磷酸二氢钾(KDP)的籽晶放入溶液中，等放入的籽晶稍溶解后，将溶液温度下降到测定的饱和温度，并按设计的程序降温，使晶体在溶液中良好生长；最后取出晶体， 用过滤纸吸干晶体表面的溶液，最终制得两光轴成一定角度的磷酸二氢钾孪晶。
全文摘要
本发明涉及一种磷酸二氢钾(KDP)的结合制得孪晶的方法，它主要是采用晶体抛光后再进行热处理，通过分子扩散使两块大小相同晶体结合的方法，属无机晶体材料制备工艺技术领域。本发明方法主要过程如下将外形完整的磷酸二氢钾(KDP)单晶切掉两锥顶，剩下部分切取两段，按既定角度方向粗磨，然后用细砂纸磨掉多余分部分，磨成长方体形状，将欲对接的两个面抛光并相对接；然后将处理好的两块晶体(提供一定的压强)放进炉中进行适当的加热；最后适当的时间取出晶体，并且两块晶体结合在一起，两光轴成一定的角度。然后采用磷酸二氢钾(KDP)饱和溶液降温法来制得磷酸二钾孪晶。
文档编号C30B7/08GK102433584SQ20111044981
公开日2012年5月2日 申请日期2011年12月29日 优先权日2011年12月29日
发明者刘志坤, 刘琦, 庞宛文, 张惠芳, 王燕, 白丽华 申请人:上海大学