[发明专利]四元硫锂化合物多晶体的合成容器与合成方法

权利要求书

1.一种四元硫锂化合物多晶体的合成容器，其特征在于该合成容器由第一PBN坩埚(1)、第二PBN坩埚(2)、内层石英坩埚(3)和外层石英坩埚(4)组合而成；

初始状态：所述第一PBN坩埚(1)为一端开口、一端封闭的PBN圆管，第一PBN坩埚的长度L1应满足所装原料粉末的上表面至第一PBN坩埚开口端端面的间距＞1/2L1；第二PBN坩埚(2)为两端开口的PBN圆锥台形管，第二PBN坩埚(2)的大端外径≤第一PBN坩埚(1)的内径，环绕第二PBN坩埚(2)的大端外壁设置有圆环形外沿(2-1)，所述圆环形外沿(2-1)的外径大于第一PBN坩埚(1)的外径，第二PBN坩埚(2)的长度L2是第一PBN坩埚(1)长度L1的1/8～2/5；所述内层石英坩埚(3)和外层石英坩埚(4)均为一端开口、一端封闭的石英圆管，或者两端开口的石英圆管，内层石英坩埚(3)的内径与所述第二PBN坩埚(2)的圆环形外沿(2-1)的外径公称尺寸相同且为动配合，内层石英坩埚(3)的长度L3与第一PBN坩埚(1)的长度L1之比为1.3～1.7，外层石英坩埚(4)的内径大于内层石英坩埚(3)的外径，外层石英坩埚(4)的长度大于内层石英坩埚(3)的长度；

工作状态：所述内层石英坩埚(3)和外层石英坩埚(4)均为两端封闭的石英圆管，外层石英坩埚(4)的一端设置有挂件(14)，内层石英坩埚(3)位于外层石英坩埚(4)内；所述第一PBN坩埚(1)位于内层石英坩埚(3)内且它的封闭端与内层石英坩埚(3)远离外层石英坩埚(4)设置挂件(14)的那一端接触；所述第二PBN坩埚(2)通过其圆环形外沿(2-1)安放于第一PBN坩埚(1)的开口端，圆环形外沿之后的主体部段位于第一PBN坩埚内。

2.根据权利要求1所述四元硫锂化合物多晶体的合成容器，其特征在于所述第二PBN坩埚(2)的大端孔径d2与小端孔径d1之比为3～6。

3.根据权利要求1或2所述四元硫锂化合物多晶体的合成容器，其特征在于所述外层石英坩埚(4)的内径＝内层石英坩埚(3)的外径+(4～6)mm。

4.一种四元硫锂化合物多晶体的合成方法，所述四元硫锂化合物多晶体为Li₂Ga₂GeS₆多晶体、Li₂CdSnS₄多晶体，以高纯度的Li₂S粉末、单质S粉末和所述化合物的其它两种元素的高纯度单质粉末为原料，工艺步骤如下：

(Ⅰ)合成容器的清洗与干燥

所述合成容器为权利要求1至3中任一权利要求所述合成容器，将初始状态的第一PBN坩埚(1)、第二PBN坩埚(2)、内层石英坩埚(3)和外层石英坩埚(4)注入清洗液反复清洗直至干净为止，再将它们进行干燥处理，完全去除其内部的水；

(Ⅱ)装料

当内层石英坩埚(3)和外层石英坩埚(4)为两端开口的石英圆管时，将组合后的第一PBN坩埚(1)和第二PBN坩埚(2)放入内层石英坩埚(3)，然后封结内层石英坩埚(3)朝向第一PBN坩埚(1)封闭端的开口端，再于内层石英坩埚(3)的另一开口端烧结第一抽气管(5)，并将称取的全部原料通过第一抽气管(5)、第二PBN坩埚(2)装入第一PBN坩埚(1)，原料装完后，通过第一抽气管(5)对内层石英坩埚抽真空除气，在压强低于10^-4Pa时，封结内层石英坩埚(3)朝向第二PBN坩埚(2)的开口端，继后封结外层石英坩埚(4)的一端，再将内层石英坩埚(3)放入外层石英坩埚(4)并使第一PBN坩埚(1)封闭端朝向外层石英坩埚(4)的封结端，接着于外层石英坩埚(4)的另一开口端烧结第二抽气管(15)，通过第二抽气管(15)对外层石英坩埚抽真空除气，在压强为10^-1Pa后封结外层石英坩埚(4)朝向第二PBN坩埚(2)的开口端，并在封结处连接挂件(14)；

当内层石英坩埚(3)和外层石英坩埚(4)为一端开口、一端封闭的石英圆管时，将组合后的第一PBN坩埚(1)和第二PBN坩埚(2)放入内层石英坩埚(3)，并使第一PBN坩埚(1)的封闭端靠近或接触内层石英坩埚(3)的封闭端，然后在内层石英坩埚(3)的开口端烧结第一抽气管(5)，并将称取的全部原料通过第一抽气管(5)、第二PBN坩埚(2)装入第一PBN坩埚(1)，原料装完后，通过第一抽气管(5)对内层石英坩埚抽真空除气，在压强低于10^-4Pa时，封结内层石英坩埚(3)的开口端；或者将称取的全部原料装入第一PBN坩埚(1)，再将第二PBN坩埚(2)与第一PBN坩埚(1)组合，然后将装有原料并组合后的第一PBN坩埚(1)和第二PBN坩埚(2)放入内层石英坩埚(3)，并使第一PBN坩埚(1)的封闭端靠近或接触内层石英坩埚(3)的封闭端，接着在内层石英坩埚(3)的开口端烧结第一抽气管(5)，通过第一抽气管(5)对内层石英坩埚抽真空除气，在压强低于10^-4Pa时，封结内层石英坩埚(3)的开口端；继后将内层石英坩埚(3)放入外层石英坩埚(4)，并使第一PBN坩埚(1)封闭端朝向外层石英坩埚(4)的封闭端，再于外层石英坩埚(4)的开口端烧结第二抽气管(15)，接着通过第二抽气管(15)对外层石英坩埚抽真空除气，在压强为10^-1Pa后封结外层石英坩埚(4)的开口端，并在封结处连接挂件(14)；

所述第一PBN坩埚(1)和第二PBN坩埚(2)的组合是将第二PBN坩埚(2)通过其圆环形外沿(2-1)安放于第一PBN坩埚(1)的开口端，圆环形外沿之后的主体部段插入第一PBN坩埚内；

(Ⅲ)多晶体的合成

①合成在可倾斜和转动的两区域加热管式炉中进行，所述两区域加热管式炉倾斜放置，倾斜角α为15～25°，两区域加热管式炉的高端为低温区，低端为高温区；将装有原料并封结的合成容器放入两区域加热管式炉内，装有原料的一端位于高温区，未装原料的一端位于低温区，通过外层石英坩埚端部的挂件(14)与炉体连接定位，合成容器的两端处为控温点；

②同时将两区域加热管式炉的低温区以50～60℃/h速度进行加热、高温区以30～40℃/h的速度进行加热，当低温区加热至300℃≤T＜445℃时在该温度保温，当高温区加热至720～800℃时保温至少16h，再以8～12℃/h的速度加热至950～960℃保温至少24h，高温区保温结束后，将低温区和高温区同时进行匀速加热，在8～9h使低温区的温度升高至1060～1100℃、高温区的温度升高至1020～1060℃并在所述温度保温至少20h，然后保持低温区的温度在1060～1100℃，使高温区在960与1040℃之间至少三次温度振荡；

③温度振荡结束后，将两区域加热管式炉的倾斜角α减小到10～15°，然后将低温区和高温区以20～25℃/h的速度分别降温至600～680℃和550～640℃，再将低温区和高温区在2～4h内冷却至室温即得到四元硫锂化合物多晶体。