一種直接生長藍寶石整流罩的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種直接生長藍寶石整流罩的方法,其具體生長步驟如下:1)在坩堝內(nèi)加入藍寶石晶體原料;2)使籽晶桿的軸心線與毛細管導(dǎo)模的軸心線重合,籽晶桿的下端與毛細管導(dǎo)模的上端具有30—50mm的間隙;3)控制爐體進行加熱,直至坩堝內(nèi)的藍寶石晶體原料熔化,藍寶石熔液隨毛細管導(dǎo)模向上移動至籽晶桿的下端;4)通過縱移機構(gòu)向上提拉籽晶桿,并帶動籽晶桿在水平方向上朝遠離毛線管導(dǎo)模的軸心線方向移動,同時使籽晶桿繞其軸心線轉(zhuǎn)動,5)直到整流罩坯料成型后,對爐體進行降溫,待降溫后將整流罩與籽晶桿一起取下,最后將整流罩坯料從籽晶桿上取下,進行后續(xù)打磨處理。本發(fā)明能夠有效降低加工難度,提高生產(chǎn)效率。
【專利說明】一種直接生長藍寶石整流罩的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及晶體加工【技術(shù)領(lǐng)域】,尤其涉及一種直接生長藍寶石整流罩的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 藍寶石作為光學(xué)材料,基于其在0. 2-5 μ m波段具有良好透光性及其優(yōu)良的物理、 化學(xué)、機械性能,使其越來廣泛應(yīng)用于紅外軍事裝備、衛(wèi)星的窗口材料。與其他同應(yīng)用材料 (MgF2、ZnS等)相比,藍寶石有著極高的機械強度、耐熱性能好、耐化學(xué)腐蝕性好、在較寬波 段(可見光、紅外、微波)擁有良好的透波能,因此其應(yīng)用越來越廣。特別是近年來導(dǎo)彈技 術(shù)的飛速發(fā)展,藍寶石作為整流罩和窗口材料的優(yōu)勢體現(xiàn)得愈加明顯,也對藍寶石整流罩 的品質(zhì)要求越來越高,尺寸要求越來越大。但是,由于晶體習(xí)性、生長手段、成品率等原因的 限制,高品質(zhì)藍寶石的生長難度較大,特別體現(xiàn)在大尺寸晶體方面。
[0003] 由于藍寶石整流罩的整體結(jié)構(gòu)呈碗狀,因此,目前主流藍寶石整流罩的制備流程 是從藍寶石晶坯加工出半球型或錐形等形狀的整流罩,該方法不僅加工難度極高,加工量 極大,坯料的浪費嚴(yán)重,而且成本也很高。所以低成本高質(zhì)量地生長大尺寸藍寶石整流罩單 晶是當(dāng)前面臨的迫切任務(wù)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足,本發(fā)明的目的在于怎樣解決現(xiàn)有藍寶石整流罩加 工難度大,加工精確度低,材料浪費多,并且生產(chǎn)成本高的問題,提供一種直接生長藍寶石 整流罩的方法,能夠有效降低加工難度,提高生產(chǎn)效率。
[0005] 為了解決上述技術(shù)問題,本發(fā)明采用的技術(shù)方案是這樣的:一種直接生長藍寶石 整流罩的方法,其特征在于:包括藍寶石結(jié)晶生長爐爐體、坩堝、毛細管導(dǎo)模、籽晶桿、籽晶 桿移動機構(gòu)、以及控制系統(tǒng),所述坩堝設(shè)于爐體內(nèi),毛細管導(dǎo)模堅直設(shè)于坩堝上方,且其下 端伸入坩堝內(nèi),所述籽晶桿移動機構(gòu)位于爐體上方,該籽晶桿移動機構(gòu)包括橫移機構(gòu)、縱移 機構(gòu)以及旋轉(zhuǎn)機構(gòu),其中,所述橫移機構(gòu)安裝于縱移機構(gòu)上,通過縱移機構(gòu)能帶動橫移機構(gòu) 上下移動,所述旋轉(zhuǎn)機構(gòu)安裝于橫移機構(gòu)上,通過橫移機構(gòu)能帶動旋轉(zhuǎn)機構(gòu)橫向移動;在旋 轉(zhuǎn)機構(gòu)下方設(shè)有籽晶桿固定架,所述籽晶桿堅直安裝在籽晶桿固定架上,通過旋轉(zhuǎn)機構(gòu)能 夠帶動籽晶桿固定架及籽晶桿繞籽晶桿軸心線旋轉(zhuǎn);
[0006] 其具體生長步驟如下:
[0007] 1)在坩堝內(nèi)加入藍寶石晶體原料;
[0008] 2)通過橫移機構(gòu)和縱移機構(gòu)使籽晶桿的軸心線與毛細管導(dǎo)模的軸心線重合,籽晶 桿的下端伸入爐體內(nèi)并與毛細管導(dǎo)模的上端具有30- 50mm的間隙;
[0009] 3)通過控制系統(tǒng)控制爐體進行加熱,直至坩堝內(nèi)的藍寶石晶體原料熔化,藍寶石 熔液隨毛細管導(dǎo)模向上移動至籽晶桿的下端,同時通過控制系統(tǒng)控制爐體內(nèi)的溫度,使藍 寶石熔液與籽晶桿的下端接觸后能夠快速結(jié)晶;
[0010] 4)當(dāng)藍寶石熔液在籽晶桿下端結(jié)晶后,通過縱移機構(gòu)向上提拉籽晶桿,通過橫移 機構(gòu)帶動籽晶桿在水平方向上朝遠離毛線管導(dǎo)模的軸心線方向移動,同時通過旋轉(zhuǎn)機構(gòu)帶 動籽晶桿繞其軸心線轉(zhuǎn)動;其中,結(jié)晶體上任意一點P,其對應(yīng)的結(jié)晶高度Hp,結(jié)晶半徑&以 及旋轉(zhuǎn)速度ω ρ分別為:
[0011]
【權(quán)利要求】
1. 一種直接生長藍寶石整流罩的方法,其特征在于:包括藍寶石結(jié)晶生長爐爐體、坩 堝、毛細管導(dǎo)模、籽晶桿、籽晶桿移動機構(gòu)、以及控制系統(tǒng),所述坩堝設(shè)于爐體內(nèi),毛細管導(dǎo) 模堅直設(shè)于坩堝上方,且其下端伸入坩堝內(nèi);所述籽晶桿移動機構(gòu)位于爐體上方,該籽晶桿 移動機構(gòu)包括橫移機構(gòu)、縱移機構(gòu)以及旋轉(zhuǎn)機構(gòu),其中,所述橫移機構(gòu)安裝于縱移機構(gòu)上, 通過縱移機構(gòu)能帶動橫移機構(gòu)上下移動,所述旋轉(zhuǎn)機構(gòu)安裝于橫移機構(gòu)上,通過橫移機構(gòu) 能帶動旋轉(zhuǎn)機構(gòu)橫向移動;在旋轉(zhuǎn)機構(gòu)下方設(shè)有籽晶桿固定架,所述籽晶桿堅直安裝在籽 晶桿固定架上,通過旋轉(zhuǎn)機構(gòu)能夠帶動籽晶桿固定架及籽晶桿繞籽晶桿軸心線旋轉(zhuǎn); 其具體生長步驟如下: 1) 在坩堝內(nèi)加入藍寶石晶體原料; 2) 通過橫移機構(gòu)和縱移機構(gòu)使籽晶桿的軸心線與毛細管導(dǎo)模的軸心線重合,籽晶桿的 下端伸入爐體內(nèi)并與毛細管導(dǎo)模的上端具有30- 50mm的間隙; 3) 通過控制系統(tǒng)控制爐體進行加熱,直至坩堝內(nèi)的藍寶石晶體原料熔化,藍寶石熔液 隨毛細管導(dǎo)模向上移動至籽晶桿的下端,同時通過控制系統(tǒng)控制爐體內(nèi)的溫度,使藍寶石 熔液與籽晶桿的下端接觸后能夠快速結(jié)晶; 4) 當(dāng)藍寶石熔液在籽晶桿下端結(jié)晶后,通過縱移機構(gòu)向上提拉籽晶桿,通過橫移機構(gòu) 帶動籽晶桿在水平方向上朝遠離毛線管導(dǎo)模的軸心線方向移動,同時通過旋轉(zhuǎn)機構(gòu)帶動籽 晶桿繞其軸心線轉(zhuǎn)動;其中,結(jié)晶體上任意一點P,其對應(yīng)的結(jié)晶高度H p,結(jié)晶半徑Rp以及旋 轉(zhuǎn)速度ωρ分別為:
式中vlti為任意時間段ti對應(yīng)的提拉速度;
式中v2ti為任意時間段ti對應(yīng)的晶體水平移動速度; ω P = ω tp ⑶ 式中《tp為時間段tp對應(yīng)的晶體旋轉(zhuǎn)速度; 通過控制系統(tǒng)控制提拉速度、水平移動速度以及旋轉(zhuǎn)速度,使液態(tài)晶體在籽晶桿下端 的結(jié)晶體的下沿連續(xù)生長,逐漸形成整流罩述料;其中:提拉速度為〇〈vl < l〇〇mm/min,水 平移動速度〇〈vl < 50mm/min,旋轉(zhuǎn)速度;0〈ω < 40r/min ; 5) 直到整流罩坯料成型后,通過控制系統(tǒng)控制逐漸降低爐體加熱溫度,直至停止加熱, 然后對爐體進行降溫,待降溫后將整流罩與籽晶桿一起取下,最后將整流罩坯料從籽晶桿 上取下,進行后續(xù)打磨處理。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種直接生長藍寶石整流罩的方法,其特征在于:還包括一 稱重裝置,所述稱重裝置安裝與橫移機構(gòu)上,旋轉(zhuǎn)機構(gòu)安裝在稱重機構(gòu)的下方,且通過稱重 機構(gòu)能夠?qū)πD(zhuǎn)機構(gòu)及籽晶桿固定架稱重,從而對結(jié)晶成型的罩體重量進行實時監(jiān)控,從 而通過結(jié)晶成型重量與理論重量進行比較,以實時對提拉速度、水平移動速度以及旋轉(zhuǎn)速 度進行修正。
【文檔編號】C30B29/20GK104141168SQ201410373818
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2014年7月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月31日
【發(fā)明者】佘建軍, 何曄, 李金 , 何根華, 陳川貴, 劉建軍, 付昌祿, 武歡, 李海林, 宋曉佳, 母江東, 鄧力, 許華勝, 王璐 申請人:中國電子科技集團公司第二十六研究所