稀土掺杂焦硅酸钇Y2Si2O7(简称为YPS)单晶属六方晶系，空间群为Pna21，晶格常 数a＝13.66b＝5.016c＝8.149熔点为1775℃。
现有技术中，YPS单晶的生长技术主要有如下两个方案：一个是根据相图(参见Russian Chemistry Bulletin 1961年，第10卷，第502页)，化学剂量比的YPS(Y2O3∶SiO2＝1∶2) 在降温过程中会发生包晶反应；二是YPS在1535～1225℃的温度范围内存在5(或6)个不 同的结构相(参见Journal of Solid State Chemistry 2000年，第16卷，第149页)，其中高 温的4个相的变化关系为：从该关系式可以看出YPS存 在较复杂的相变关系，容易导致在原料的预烧结过程中料棒的粉碎，在晶体生长后的降温过 程中非常容易出现相变，进而导致晶体的多晶和开裂。以上这两个问题阻碍了YPS的单晶 的生长和应用。

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种焦硅酸钇闪烁单晶的浮区法生长方 法。
本发明采用如下技术方案解决上述技术问题：
一种焦硅酸钇闪烁单晶的浮区法生长方法，包括如下步骤：
1)配料：将原料按照晶体组成比例配料后充分混合制得混合料；其中，所述步骤1) 中的原料为Y2O3和SiO2，且Y2O3与SiO2的摩尔比例为1∶2～2.5；；或者所述原料为Y2O3、 Re元素的氧化物(其中Re代表稀土元素)和SiO2，其中Re选自Ce、Eu、Sc、Er、La、 Ho、Dy、Lu和Gd中的一种或多种，且Y2O3、Re元素的氧化物与SiO2的摩尔比例为 0.95～0.999∶0.001～0.05∶2～2.5；
2)预烧结：将步骤1)中制得的混合料压成料棒后在不高于1225℃的温度下进行预烧 结，然后经冷却后制得多晶棒；
3)晶体生长：将多晶棒和籽晶安装在浮区炉中，密封并通入保护气体，然后升温至多 晶棒和籽晶融化，升温同时多晶棒和籽晶分别同向或反向转动，保温10～15分钟，接种，然 后经缩颈，放肩，等径生长及收尾进行晶体生长，在生长过程中，生长速度为3～20mm/h， 浮区长度为料棒直径的0.5～2倍；
4)降温：晶体生长完毕后进行降温，在降温温过程中，在相变点温度(1535℃)以上 时，降温速率为30～50℃/分钟，在相变点温度(1535℃)以下时，降温速率为100～200℃/ 小时。
较佳的，所述步骤1)中的原料在配料前还需要进行预烧，且所述预烧的具体步骤为： 将原料在100～300℃，空气气氛下进行预烧，预烧的目的是为了去除原料中的水分。
本发明中所述的焦硅酸钇闪烁单晶的化学式为(RexY1-x)2Si2O7，式中Re代表Ce、Eu、 Sc、Er、La、Ho、Dy、Lu或Gd等的一种或多种，优选为Ce，x的取值范围为0≤x≤0.05。
较佳的，所述步骤1)中，Y2O3与SiO2的比例为1∶2～2.1，进一步优选为1∶2～2.04。
较佳的，所述步骤1)中，Y2O3、Re元素的氧化物和SiO2的比例为0.995～0.999∶0.001 ～0.005∶2～2.1，进一步优选为0.997～0.999∶0.001～0.003∶2～2.04。
所述Re元素的氧化物选自：CeO2、Eu2O3、Sc2O3、Er2O3、La2O3、Ho2O3、Dy2O3、 Lu2O3或Gd2O3。
较佳的，所述步骤2)中，将混合料压成料棒的具体步骤为：将混合料充分混合后装入 Ф5～10mm的橡皮管内密封，用等静压在80～300Mpa的压力下压成致密的料棒。
较佳的，所述步骤2)中的预烧结温度为800～1225℃，优选为800～1200℃，预烧结时 间为5～100小时。
较佳的，所述步骤3)中的保温温度为1760～1790℃，优选为1770～1775℃。
较佳的，所述步骤3)中，晶体生长的具体步骤为：将多晶棒用镍铬丝挂在浮区炉上端， 籽晶装在下端，装好后用石英管密封并通入保护气体，然后升温至料棒和籽晶融化，同时料 棒和籽晶分别同向或反向转动，转速为15～30rpm，转速进一步优选为15～20rpm保温10～15 分钟，接种；然后按预先设定的晶体形状，通过控制加热功率，进行缩颈，放肩，等径生长， 最后收尾，生长结束。
优选的，所述保护气体为高纯氮气、氩气或者空气。
优选的，所述步骤3)的晶体生长过程中，生长速度为5～10mm/h；浮区长度为料棒直 径的0.7～1.2倍，以保持较大的过冷度。
本发明采取配料时避开计量比组分点的配料和在晶体生长过程中制造一个适当的过冷 度，这两种方法一起来克服现有技术中存在的非一致熔融的问题。根据Y2O3～SiO2相图可知， 通过配料时避开计量比组分点的配料，可以降低组分点处液相线与固相线的温度差，通过在 晶体生长过程中制造适当过冷度的方法，可以使YPS在结晶时直接越过包晶反应。首先形 成的YPS单晶是最高温的δ相，为了获得纯一相单晶，避免在降温过程中的相变，可以通 过采取在该温度区间适当快速的降温方式来实现，来保持在结晶过程中首先形成的δ相。同 时，通过比较各种晶体生长方法的优缺点，发现浮区法在生长过程中可以方便地制造出较大 的过冷度，而且由于其采用的是卤素灯或电子束等加热方式，也能够方便地获得较快的降温 速率，所以浮区法是制备YPS单晶的有效方法。
本发明的焦硅酸钇闪烁单晶的浮区法生长方法的技术关键在于：配料时SiO2适当过量， 避开转熔点；原料的合成时合成温度不能高于1225℃；熔区长度适当延长，保持较快的生 长速度，以获得较大的过冷度，避开转熔反应；在降温过程中，在1225℃以上采取快速降 温的方式防止相变的发生，可以获得单一的高温δ-YPS相。对于YPS单晶的来说，其Ce 掺杂的YPS:Ce晶体具有Ce掺杂稀土硅酸盐发光材料中的最快衰减时间，而且Y2O3和SiO2 原料的成本也较低。会在一些需要快衰减闪烁晶体材料的领域有很大的应用价值。

图1为纯YPS晶体粉末的XRD图谱。
图2为YPS:Ce晶体的在紫外激发下的衰减时间谱(室温)。
图3为YPS:Ce晶体的X射线激发发射谱(室温)。

下面通过具体实施例进一步描述本发明的技术方案。应理解，这些实施例仅用于说明本 发明而不用于限制本发明的范围。
本发明的实施例1～8中使用的浮区炉的型号均为FZ-T-4000-H Crystal Systems Corporation。
实施例1
纯YPS单晶的生长：
(1)原料纯度为4N的SiO2和Y2O3，空气气氛下在200℃预烧原料，除去原料中的 H2O和CO2，按Y2O3为100mol％，SiO2为205mol％的摩尔百分比配料。
(2)将原料充分混合后装入Ф10mm的橡皮管内密封，用等静压在100Mpa的压力下压 成较致密的料棒，然后用Pt丝将其吊在马弗炉内进行预烧结。烧结温度1200℃，烧结时间 为20小时，制得多晶棒。
(3)将多晶棒用镍铬丝挂在浮区炉上端，籽晶装在下端，装好后用石英管密封并通入 氩气，然后升温至料棒和籽晶融化，同时料棒和籽晶分别向相反方向转动，转速为15rpm， 1790℃保温10分钟，接种。升温过程中，加热源为4个最大输出功率为1500W的卤素灯， 通过电流来控制加热源输出功率，最大定为100％，升温时每小时功率的增长速度为80％。
(4)生长速度为5mm/h，浮区长度为料棒直径的1.2倍。通过控制加热功率，进行缩颈， 放肩，等径生长，最后收尾，生长结束，开始降温。
(5)降温过程中，在相变点(1535℃)以上，按40℃/分钟的降温速率降温。相变点温 度以下按150℃/小时的速率降温。
获得的单晶无色透明，最大完整尺寸为5×5×1mm3。经过XRD测试，为单一的高温 δ-YPS相(见图1)。
实施例2
Ce掺杂YPS单晶(Ce0.005Y0.995)2Si2O7的生长：
(1)原料纯度为4N SiO2，Y2O3和CeO2，空气气氛下在200℃预烧原料，除去原料中 的H2O和CO2，按Y2O3为100mol％，SiO2为105mol％和CeO2为0.5mol％的摩尔百分比配 料。
(2)将原料充分混合后装入Φ10mm的橡皮管内密封，用等静压在100Mpa的压力下压 成较致密的料棒，然后用Pt丝将其吊在马弗炉内进行预烧结。烧结温度1200℃，烧结时间 为20小时，制得多晶棒。
(3)将多晶棒用镍铬丝挂在浮区炉上端，籽晶装在下端，装好后用石英管密封并通入 氩气，然后升温至料棒和籽晶融化，同时料棒和籽晶分别向相反方向转动，转速为15rpm， 1760℃保温10分钟，接种。升温过程中，加热源为4个最大输出功率为1500W的卤素灯， 通过电流来控制加热源输出功率，最大定为100％，则升温时每小时功率的增长速度为120％。
(4)生长速度为5mm/h，浮区长度为料棒直径的1.2倍。通过控制加热功率，进行缩颈， 放肩，等径生长，最后收尾，生长结束，开始降温。
(5)降温过程中，在相变点(1535℃)以上，按40℃/分钟的降温速率降温。相变点温 度以下按150℃/小时的速率降温。
获得的单晶无色透明，最大完整尺寸为5×4×1mm3。经过XRD测试，为单一的高温 δ-YPS相。其衰减时间为30ns，如图2所示。经过X-ray激发发射谱的测试，晶体呈现出典 型的Ce3+离子发光(见图3)。
实施例3
纯YPS单晶的生长：
(1)原料纯度为4N的SiO2和Y2O3，空气气氛下在200℃预烧原料，除去原料中的 H2O和CO2，按Y2O3与SiO2的比例为1∶2配料。
(2)将原料充分混合后装入Ф10mm的橡皮管内密封，用等静压在200Mpa的压力下压 成较致密的料棒，然后用Pt丝将其吊在马弗炉内进行预烧结，烧结温度1000℃，烧结时间 为100小时，制得多晶棒。
(3)将多晶棒用镍铬丝挂在浮区炉上端，籽晶装在下端，装好后用石英管密封并通入 氩气，然后升温至料棒和籽晶融化，同时料棒和籽晶分别向相反方向转动，转速为30rpm， 1775℃保温15分钟，接种。升温过程同实施例1。
(4)生长速度为10mm/h，浮区长度为料棒直径的0.7倍。通过控制加热功率，进行缩 颈，放肩，等径生长，最后收尾，生长结束，开始降温。
(5)降温过程中，在相变点(1535℃)以上，按30℃/分钟的降温速率降温。相变点温 度以下按100℃/小时的速率降温。
获得的单晶无色透明，经过XRD测试，为单一的高温δ-YPS相。
实施例4
纯YPS单晶的生长：
(1)原料纯度为4N的SiO2和Y2O3，空气气氛下在200℃预烧原料，除去原料中的 H2O和CO2，按Y2O3与SiO2的比例为1∶2.5配料。
(2)将原料充分混合后装入Ф10mm的橡皮管内密封，用等静压在100Mpa的压力下压 成较致密的料棒，然后用Pt丝将其吊在马弗炉内进行预烧结，烧结温度1200℃，烧结时间 为5小时，制得多晶棒。
(3)将多晶棒用镍铬丝挂在浮区炉上端，籽晶装在下端，装好后用石英管密封并通入 氩气，然后升温至料棒和籽晶融化，同时料棒和籽晶分别向相反方向转动，转速为20rpm， 1775℃保温12分钟，接种。升温过程同实施例1。
(4)生长速度为3mm/h，浮区长度为料棒直径的0.5倍。通过控制加热功率，进行缩颈， 放肩，等径生长，最后收尾，生长结束，开始降温。
(5)降温过程中，在相变点(1535℃)以上，按50/℃分钟的降温速率降温。相变点温 度以下按200℃/小时的速率降温。
获得的单晶无色透明。经过XRD测试，为单一的高温δ-YPS相。
实施例5
纯YPS单晶的生长：
(1)原料纯度为4N的SiO2和Y2O3，空气气氛下在200℃预烧原料，除去原料中的 H2O和CO2，按Y2O3与SiO2的比例为1∶2.04配料。
(2)将原料充分混合后装入Ф10mm的橡皮管内密封，用等静压在100Mpa的压力下压 成较致密的料棒，然后用Pt丝将其吊在马弗炉内进行预烧结，烧结温度1200℃，烧结时间 为20小时，制得多晶棒。
(3)将多晶棒用镍铬丝挂在浮区炉上端，籽晶装在下端，装好后用石英管密封并通入 氩气，然后升温至料棒和籽晶融化，同时料棒和籽晶分别向相反方向转动，转速为25rpm， 1775℃保温13分钟，接种。升温过程同实施例1。
(4)生长速度为20mm/h，浮区长度为料棒直径的2倍。通过控制加热功率，进行缩颈， 放肩，等径生长，最后收尾，生长结束，开始降温。
(5)降温过程中，在相变点(1535℃)以上，按45/℃分钟的降温速率降温。相变点温 度以下按200℃/小时的速率降温。
获得的单晶无色透明。经过XRD测试，为单一的高温δ-YPS相。
实施例6
Ce掺杂YPS单晶(Ce0.05Y0.95)2Si2O7的生长：
(1)原料纯度为4N SiO2，Y2O3和CeO2，空气气氛下在200℃预烧原料，除去原料中 的H2O和CO2，按Y2O3、CeO2和SiO2的比例为0.95∶0.1∶2配料。
(2)将原料充分混合后装入Ф10mm的橡皮管内密封，用等静压在100Mpa的压力下压 成较致密的料棒，然后用Pt丝将其吊在马弗炉内进行预烧结，烧结温度1000℃，烧结时间 为100小时，制得多晶棒。升温过程同实施例1。
(3)将多晶棒用镍铬丝挂在浮区炉上端，籽晶装在下端，装好后用石英管密封并通入 氩气，然后升温至料棒和籽晶融化，同时料棒和籽晶分别向相反方向转动，转速为30rpm， 1775℃保温15分钟，接种。
(4)生长速度为10mm/h，浮区长度为料棒直径的0.7倍。通过控制加热功率，进行缩 颈，放肩，等径生长，最后收尾，生长结束，开始降温。
(5)降温过程中，在相变点(1535℃)以上，按30℃/分钟的降温速率降温。相变点温 度以下按100℃/小时的速率降温。
获得的单晶无色透明。经过XRD测试，为单一的高温δ-YPS相。
实施例7
Lu掺杂YPS单晶(Lu0.001Y0.999)2Si2O7的生长：
(1)原料纯度为4N SiO2，Y2O3和Lu2O3，空气气氛下在200℃预烧原料，除去原料中 的H2O和CO2，按Y2O3、Lu2O3和SiO2的比例为0.999∶0.001∶2.5配料。
(2)将原料充分混合后装入Ф10mm的橡皮管内密封，用等静压在100Mpa的压力下压 成较致密的料棒，然后用Pt丝将其吊在马弗炉内进行预烧结，烧结温度1200℃，烧结时间 为5小时，制得多晶棒。
(3)将多晶棒用镍铬丝挂在浮区炉上端，籽晶装在下端，装好后用石英管密封并通入 氮气，然后升温至料棒和籽晶融化，同时料棒和籽晶分别向相反方向转动，转速为20rpm， 1775℃保温12分钟，接种。升温过程同实施例1。
(4)生长速度为3mm/h，浮区长度为料棒直径的0.5倍。通过控制加热功率，进行缩颈， 放肩，等径生长，最后收尾，生长结束，开始降温。
(5)降温过程中，在相变点(1535℃)以上，按50/℃分钟的降温速率降温。相变点温 度以下按200℃/小时的速率降温。
获得的单晶无色透明。经过XRD测试，为单一的高温δ-YPS相。
实施例8
La掺杂YPS单晶(La0.003Y0.997)2Si2O7的生长：
(1)原料纯度为4N SiO2，Y2O3和La2O3，空气气氛下在200℃预烧原料，除去原料中 的H2O和CO2，按Y2O3、La2O3和SiO2的比例为0.997∶0.003∶2.04配料。
(2)将原料充分混合后装入Ф10mm的橡皮管内密封，用等静压在100Mpa的压力下压 成较致密的料棒，然后用Pt丝将其吊在马弗炉内进行预烧结，烧结温度1200℃，烧结时间 为20小时，制得多晶棒。
(3)将多晶棒用镍铬丝挂在浮区炉上端，籽晶装在下端，装好后用石英管密封并通入 氩气，然后升温至料棒和籽晶融化，同时料棒和籽晶分别向相反方向转动，转速为25rpm， 1775℃保温13分钟，接种。升温过程同实施例1。
(4)生长速度为20mm/h，浮区长度为料棒直径的2倍。通过控制加热功率，进行缩颈， 放肩，等径生长，最后收尾，生长结束，开始降温。
(5)降温过程中，在相变点(1535℃)以上，按45/℃分钟的降温速率降温。相变点温 度以下按200℃/小时的速率降温。
获得的单晶无色透明。经过XRD测试，为单一的高温δ-YPS相。
实施例9
Gd掺杂YPS单晶(Gd0.05Y0.95)2Si2O7的生长：
(1)原料纯度为4N SiO2，Y2O3和Gd2O3，空气气氛下在200℃预烧原料，除去原料中 的H2O和CO2，按Y2O3、Gd2O3和SiO2的比例为0.95∶0.05∶2.04配料。
(2)将原料充分混合后装入Ф10mm的橡皮管内密封，用等静压在100Mpa的压力下压 成较致密的料棒，然后用Pt丝将其吊在马弗炉内进行预烧结，烧结温度1200℃，烧结时间 为20小时，制得多晶棒。
(3)将多晶棒用镍铬丝挂在浮区炉上端，籽晶装在下端，装好后用石英管密封并通入 氩气，然后升温至料棒和籽晶融化，同时料棒和籽晶分别向相反方向转动，转速为25rpm， 1775℃保温13分钟，接种。升温过程同实施例1。
(4)生长速度为20mm/h，浮区长度为料棒直径的2倍。通过控制加热功率，进行缩颈， 放肩，等径生长，最后收尾，生长结束，开始降温。
(5)降温过程中，在相变点(1535℃)以上，按45/℃分钟的降温速率降温。相变点温 度以下按200℃/小时的速率降温。
获得的单晶无色透明。经过XRD测试，为单一的高温δ-YPS相。
实施例10
Gd掺杂YPS单晶(Gd0.001Y0.999)2Si2O7的生长：
(1)原料纯度为4N SiO2，Y2O3和Gd2O3，空气气氛下在200℃预烧原料，除去原料中 的H2O和CO2，按Y2O3、Gd2O3和SiO2的比例为0.999∶0.001∶2.04配料。
(2)将原料充分混合后装入Ф10mm的橡皮管内密封，用等静压在100Mpa的压力下压 成较致密的料棒，然后用Pt丝将其吊在马弗炉内进行预烧结，烧结温度1200℃，烧结时间 为20小时，制得多晶棒。
(3)将多晶棒用镍铬丝挂在浮区炉上端，籽晶装在下端，装好后用石英管密封并通入 氩气，然后升温至料棒和籽晶融化，同时料棒和籽晶分别向相反方向转动，转速为25rpm， 1775℃保温13分钟，接种。升温过程同实施例1。
(4)生长速度为20mm/h，浮区长度为料棒直径的2倍。通过控制加热功率，进行缩颈， 放肩，等径生长，最后收尾，生长结束，开始降温。
(5)降温过程中，在相变点(1535℃)以上，按45℃/分钟的降温速率降温。相变点温 度以下按200℃/小时的速率降温。
实施例11
Ce和Se共掺杂YPS单晶(Ce0.02Se0.03Y0.95)2Si2O7的生长：
(1)原料纯度为4N SiO2，Y2O3、Se2O3和CeO2，空气气氛下在200℃预烧原料，除去 原料中的H2O和CO2，按Y2O3、Se2O3、CeO2和SiO2的比例为0.95∶0.03∶0.04∶2.04配料。
(2)将原料充分混合后装入Ф10mm的橡皮管内密封，用等静压在100Mpa的压力下压 成较致密的料棒，然后用Pt丝将其吊在马弗炉内进行预烧结，烧结温度1200℃，烧结时间 为20小时，制得多晶棒。
(3)将多晶棒用镍铬丝挂在浮区炉上端，籽晶装在下端，装好后用石英管密封并通入 氩气，然后升温至料棒和籽晶融化，同时料棒和籽晶分别向相反方向转动，转速为25rpm， 1775℃保温13分钟，接种。升温过程同实施例1。
(4)生长速度为20mm/h，浮区长度为料棒直径的2倍。通过控制加热功率，进行缩颈， 放肩，等径生长，最后收尾，生长结束，开始降温。
(5)降温过程中，在相变点(1535℃)以上，按45℃/分钟的降温速率降温。相变点温 度以下按200℃/小时的速率降温。
获得的单晶无色透明。经过XRD测试，为单一的高温δ-YPS相。
实施例12
Ce、Se和Sc共掺杂YPS单晶(Ce0.01Se0.02Sc0.02Y0.95)2Si2O7的生长：
(1)原料纯度为4N SiO2，Y2O3、Se2O3、Sc2O3和CeO2，空气气氛下在200℃预烧原 料，除去原料中的H2O和CO2，按Y2O3、Se2O3、Sc2O3、CeO2和SiO2的比例为0.95∶0.02∶ 0.02∶0.02∶2.04配料。
(2)将原料充分混合后装入Ф10mm的橡皮管内密封，用等静压在100Mpa的压力下压 成较致密的料棒，然后用Pt丝将其吊在马弗炉内进行预烧结，烧结温度1200℃，烧结时间 为20小时，制得多晶棒。
(3)将多晶棒用镍铬丝挂在浮区炉上端，籽晶装在下端，装好后用石英管密封并通入 氩气，然后升温至料棒和籽晶融化，同时料棒和籽晶分别向相反方向转动，转速为25rpm， 1775℃保温13分钟，接种。升温过程同实施例1。
(4)生长速度为20mm/h，浮区长度为料棒直径的2倍。通过控制加热功率，进行缩颈， 放肩，等径生长，最后收尾，生长结束，开始降温。
(5)降温过程中，在相变点(1535℃)以上，按45℃/分钟的降温速率降温。相变点温 度以下按200℃/小时的速率降温。
获得的单晶无色透明。经过XRD测试，为单一的高温δ-YPS相。