(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201810171421.9
(22)申请日 2018.03.01
(71)申请人 中国电子科技集团公司第四十六研
究所
地址 300220 天津市河西区洞庭路26号
(72)发明人 王雄龙 杨洪星 范红娜 杨静
韩焕鹏 陈晨 赵权 高丹
(74)专利代理机构 天津中环专利商标代理有限
公司 12105
代理人 王凤英
(51)Int.Cl.
C30B 33/00(2006.01)
C30B 33/02(2006.01)
C30B 33/10(2006.01)
C30B 29/30(2006.01)
(54)发明名称
(57)摘要
本发明公开了一种铌酸锂基片的黑化方法。
合而成，铌酸锂基片的黑化步骤为：1、在方形刚
基片平放埋入混合物中；3、将方形刚玉坩埚放入
热处理炉中，在氩气氛围中处理；4、待温度降低
到接近室温后放入稀盐酸溶液浸泡，之后冲洗、
甩干。本方法反应时间短，铌酸锂基片的黑化过
程耗时少，适合于大规模生产；采用方形刚玉坩
埚耐高温，耐酸碱，可以长时间使用，且方形坩埚
取放晶片较为容易，方形坩埚放置在热处理炉炉
管中较为平稳，不易歪斜；本方法操作简便易行，
安全可靠。通过调整混合物比例、反应时间和反
应温度等条件可得到不同黑化程度的铌酸锂基
片。权利要求书1页 说明书4页CN 108374201 A 2018.08.07
C N 108374201
A
1.一种铌酸锂基片的黑化方法，其特征在于，使用方形刚玉坩埚作为反应容器，使用氩气作为气体氛围，
通过调整反应条件控制铌酸锂基片的黑化过程，最后将黑化后的铌酸锂基片进行稀盐酸溶液浸泡处理，具体步骤如下：
（一）、配制还原试剂：还原试剂由铁粉、碳酸锂粉末两种成分混合而成，铁粉与碳酸锂粉末的质量比为1:（1-10）；
（二）、铌酸锂基片的黑化过程：
①、将铁粉和碳酸锂粉末的混合物放入方形刚玉坩埚中；
②、将铌酸锂基片平放埋入混合物中，然后将方形刚玉坩埚装入热处理炉；
③、通氩气，流量为（0.5-1）L/min；
④、设定热处理温度为（500-700）o C，升温速率控制在（1-5）o C/min；
⑤、温度达到设定值后，保持恒温（1-24）h；
⑥、恒温时间结束后，降温速率为（1-3）o C/min；
⑦、温度降到接近室温时，取出方形刚玉坩埚；
（三）、铌酸锂基片浸泡清洗过程：待坩埚冷却至室温后将整个方形刚玉坩埚放入稀盐酸溶液中浸泡（1~5）h，稀盐酸溶液的配比为：浓度为63%的浓盐酸：水=1：（10~20），浸泡之后用纯水冲洗铌酸锂基片，再放入甩干机甩干。
2.根据权利要求1所述的一种铌酸锂基片的黑化方法，其特征在于，所述步骤（一）中，铁粉与碳酸锂粉末的质量比为1:10，步骤（二）中，氩气流量为0.5 L/min；热处理温度为500o C，升温速率控制在3o C/min；恒温时间为12h；降温速率为2o C/min；步骤（三）中，稀盐酸溶液的配比为浓盐酸：水=1:20。
3.根据权利要求1所述的一种铌酸锂基片的黑化方法，其特征在于，所述步骤（一）中，铁粉与碳酸锂粉末的质量比为1:10；步骤（二）中，氩气流量为0.5 L/min，热处理温度为600o C，升温速率控制在3o C/min。
4.恒温时间为6h，降温速率为2o C/min；步骤（三）中，稀盐酸溶液的配比为浓盐酸：水=1:10。
5.根据权利要求1所述的一种铌酸锂基片的黑化方法，其特征在于，所述步骤（一）中，铁粉与碳酸锂粉末的质量比为1:1；步骤（二）中，氩气流量为1 L/min，热处理温度为700o C，升温速率控制在3o C/min，恒温时间为6h，降温速率为3o C/min；步骤（三）中，稀盐酸溶液的配比为浓盐酸：水=1:10。
6.根据权利要求1、权利要求2、权利要求3或权利要求4所述的一种铌酸锂基片的黑化方法，其特征在于，所述的铁粉纯度为4N；碳酸锂粉末纯度为4N。
权 利 要 求 书1/1页CN 108374201 A
一种铌酸锂基片的黑化方法
技术领域
[0001]本发明涉及铌酸锂基片的制备，尤其是涉及一种铌酸锂基片的黑化方法，特别涉及对表面质量要求较高的铌酸锂基片的黑化方法。
背景技术
[0002]铌酸锂是一种被广泛研究、应用的人工晶体。自1937年发现铌酸锂后，主要研究集中在晶体结构、基本物性等方面，直到1965年用直拉法得到大直径单晶后，对铌酸锂的性质的研究才更加深入。特别是1980年发现掺镁铌酸锂可以极大地提高抗光折变性后，在全世界范围内掀起了一股研究铌酸锂的热潮。目前，人们已经发现了铌酸锂晶体具有多种性质，包括压电性质、热电性质、自发极化性质、光折变性质、非线性光学性质等。由于其具有多种性质，可以应用于多个领域，也被称为“光学硅”。
[0003]对于铌酸锂基片，目前应用较多的是黑化后的基片，称为“黑片”。已有多种对铌酸锂基片进行黑化的方法。例如，日本专利特开平11-92174和特开平11-236298使用水蒸气、一氧化碳、氢气等气体进行还原得到黑片。日本专利2003-394575使用还原性的金属或非金属单质处理铌酸锂基板得到黑片。日本专利2004-002853使用深度黑化的黑片和未经处理的基片交替叠放，进行处理，得到黑片。美国专利US20050265916使用碳酸盐和氢化物处理铌酸锂得到黑片。中国专利CN101608342使用铁粉和碳酸锂粉末混合物混合处理铌酸锂得到黑片。但是以上方法都存在一些不足：1、使用氢气、一氧化碳等气体进行还原时容易发生爆炸或火灾，危险性较大。2、使用氩气还原或真空下处理较为安全，但是处理时间较为漫长，不适合大规模工业化生产。3、使用碳酸盐进行还原时，由于还原性不够，处理时间也比较漫长。4、使用深度黑化基片和未处理基片交替叠放进行处理时容易造成黑化程度不同，颜深浅不均。5、使用金属或非金属粉末进行还原处理会在基片表面粘附一层颗粒，影响表面质量。6、使用圆形坩埚时，坩埚在热处理炉的炉管中放置不稳定，容易前后倾斜，而且使用圆形坩埚取放晶片时不方便。
发明内容
[0004]鉴于现有技术状况，本发明的目的在于提供一种较为简便的铌酸锂基片的黑化方法。本方法包括还原试剂的成分、黑化时间、黑化温度、气体环境、稀盐酸溶液组成等。采用本方法进行铌酸锂黑片的制备，可以在较短时间内得到黑化的铌酸锂基片，通过调节反应条件可以控制黑化程度。本发明的铌酸锂基片黑化方法使用方形刚玉坩埚，氩气作为气体氛围，用铁粉和碳酸锂粉末混合物进行还原热处理，
在还原得到黑片后，通过稀盐酸浸泡清洗，将附着在基片表面的颗粒杂质去除。
[0005]本发明采取的技术方案是：一种铌酸锂基片的黑化方法，其特征在于，使用方形刚玉坩埚作为反应容器，使用氩气作为气体氛围，通过调整反应条件控制铌酸锂基片的黑化过程，最后将黑化后的铌酸锂基片进行稀盐酸溶液浸泡处理，具体步骤如下：（一）、配制还原试剂：还原试剂由铁粉、碳酸锂粉末两种成分混合而成，铁粉与碳酸锂
粉末的质量比为1:（1-10）。
[0006]（二）、铌酸锂基片的黑化过程：
①、将铁粉和碳酸锂粉末的混合物放入方形刚玉坩埚中；
②、将铌酸锂基片平放埋入混合物中，然后将方形刚玉坩埚装入热处理炉；
③、通氩气，流量为（0.5-1）L/min；
④、设定热处理温度为（500-700）o C，升温速率控制在（1-5）o C/min；
⑤、温度达到设定值后，保持恒温（1-24）h；
⑥、恒温时间结束后，降温速率为（1-3）o C/min；
⑦、温度降到接近室温时，取出方形刚玉坩埚。
[0007]（三）、铌酸锂基片浸泡清洗过程：待坩埚冷却至室温后将整个方形刚玉坩埚放入
稀盐酸溶液中浸泡（1
~5）h，稀盐酸溶液的配比为：浓度为63%的浓盐酸：水=1：（10
~
20），浸泡
之后用纯水冲洗铌酸锂基片，再放入甩干机甩干。
[0008]所述步骤（一）中，铁粉与碳酸锂粉末的质量比为1:10，步骤（二）中，氩气流量为0.5 L/min；热处理温度为500o C，升温速率控制在3o C/min；恒温时间为12h；降温速率为2o C/ min；步骤（三）中，稀盐酸溶液的配比为浓盐酸：水=1:20。
[0009]所述步骤（一）中，铁粉与碳酸锂粉末的质量比为1:10；步骤（二）中，氩气流量为0.5 L/min，
热处理温度为600o C，升温速率控制在3o C/min。恒温时间为6h，降温速率为2o C/ min；步骤（三）中，稀盐酸溶液的配比为浓盐酸：水=1:10。
[0010]所述步骤（一）中，铁粉与碳酸锂粉末的质量比为1:1；步骤（二）中，氩气流量为1 L/min，热处理温度为700o C，升温速率控制在3o C/min，恒温时间为6h，降温速率为3o C/min；步骤（三）中，稀盐酸溶液的配比为浓盐酸：水=1:10。
[0011]所述的铁粉纯度为4N；碳酸锂粉末纯度为4N。
[0012]本发明的作用原理：由于铁粉具有一定的还原性，在高温下会与铌酸锂发生一定的反应，消耗氧原子，使铌原子的化合价发生变化，在基片中引入一定量的缺陷，造成了铌酸锂的吸收光谱发生变化，引入了新的吸收峰，在可见光波段的吸收率有显著提高，因此会颜加深，变成黑片。碳酸锂主要用于补充黑化过程中的锂的损失，也有一定的还原性。铌酸锂在黑化过程结束后，表面会粘附一层颗粒物。通过稀盐酸溶液与铁粉和碳酸锂反应，可以有效去除基片表面的颗粒物。
[0013]本发明具有如下有益效果：1、本方法反应时间短，铌酸锂基片的黑化过程耗时少，适合于大规模生产；2、采用方形刚玉坩埚耐高温，耐酸碱，可以长时间使用，与圆形坩埚相比，方形坩埚放置在热处理炉炉管中更稳定，不易发生歪斜，并且取放晶片时更方便；3、本方法操作简便易行，安全可靠；4、通过调整混合物比例、反应时间和反应温度等条件可得到不同黑化程度的铌酸锂基片。
具体实施方式
[0014]以下结合实施例对本发明做进一步的说明。
[0015]实施例1：
本例中，还原试剂为铁粉和碳酸锂粉末的混合物，质量比为：铁粉：碳酸锂粉末=1：10；浓盐酸浓度为63%；热处理时，氩气流量为0.5 L/min；热处理温度为500o C，升温速率控制在
3o C/min；恒温时间为12h；降温速率为2o C/min；稀盐酸溶液配比为浓盐酸：水=1:20。[0016]通过以下步骤可完成对铌酸锂基片的黑化和清洗：
（1）铁粉和碳酸锂粉末按照一定比例充分混合，放入方形刚玉坩埚中，铌酸锂基片平放埋入混合物中，将方形刚玉坩埚装入热处理炉中。
[0017]（2）设定氩气流量为0.5 L/min，热处理温度为500o C，升温速率控制在3o C/min，恒温12h。
[0018]（3）降温速率为2o C/min，直到温度接近室温。
[0019]（4）将方形刚玉坩埚放入稀盐酸溶液中浸泡2h，取出基片，用纯水冲洗，然后在甩干机中甩干。
[0020]经观察，铌酸锂基片颜与热处理之前相比有所加深，表明还原反应已经发生，电阻率在1012Ω·cm级别。铌酸锂基片表面较为平整。
[0021]实施例2：
本例中，还原试剂为铁粉和碳酸锂粉末的混合物，质量比为：铁粉：碳酸锂粉末=1：10；浓盐酸浓度为63%；热处理时，氩气流量为0.5 L/min；热处理温度为600o C，升温速率控制在3o C/min；恒温时间为6h；降温速率为3o C/min；稀盐酸配比为浓盐酸：水=1:10。通过以下步骤可完成对铌酸锂基片的黑化和清洗：
（1）铁粉和碳酸锂粉末按照一定比例充分混合，放入方形刚玉坩埚中，铌酸锂基片平放埋入混合物中，将方形刚玉坩埚装入热处理炉中。
[0022]（2）设定氩气流量为0.5 L/min，热处理温度为600o C，升温速率控制在3o C/min，恒温6h。
[0023]（3）降温速率为3o C/min，直到温度接近室温。
[0024]（4）将方形刚玉坩埚放入稀盐酸溶液中浸泡2h，取出基片，用纯水冲洗，然后在甩干机中甩干。
[0025]经观察，铌酸锂基片的颜变为棕，颜有了较为明显的变化，说明铌酸锂的还原程度较深，电阻率在1010Ω·cm级别。经过浸泡后，基片表面基本没有颗粒残留。[0026]实施例3：
本例中，还原试剂为铁粉和碳酸锂粉末的混合物，质量比为：铁粉：碳酸锂粉末=1：1；浓盐酸浓度为63%；热处理时，氩气流量为1 L/min；热处理温度为700o C，升温速率控制在3o C/ min；恒温时间为6h；降温速率为3o C/min；稀盐酸溶液配比为浓盐酸：水=1:10。通过以下步骤可完成对铌酸锂基片的黑化和清洗：
（1）铁粉和碳酸锂粉末按照一定比例充分混合，放入方形刚玉坩埚中，铌酸锂基片平放埋入混合物中，将方形刚玉坩埚装入热处理炉中。
[0027]（2）设定氩气流量为1 L/min，热处理温度为700o C，升温速率控制在3o C/min，恒温6h。
[0028]（3）降温速率为3o C/min，直到温度接近室温。
[0029]（4）刚玉坩埚放入稀盐酸溶液中浸泡5h，取出基片，用纯水冲洗，然后在甩干机中甩干。
[0030]经观察，铌酸锂基片的颜变为深黑，还原程度很深，电阻率在109Ω·cm级别。基片在稀盐酸中浸泡后表面没有残留颗粒，较为平整，适合后续倒角、研磨工艺。
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