用于藍(lán)寶石試管生長的坩堝結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及藍(lán)寶石生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于藍(lán)寶石試管生長的坩禍結(jié)構(gòu)及藍(lán)寶石試管的生長方法。
【背景技術(shù)】
[0002]藍(lán)寶石晶體在可見光到5.6um光譜范圍內(nèi)具有良好的透過性能被用于許多測量分析儀器的光學(xué)窗口材料。藍(lán)寶石晶體的各向異性，被應(yīng)用于波導(dǎo)激光腔體、聲表面波濾波器、延遲線、超聲波傳導(dǎo)元件；藍(lán)寶石晶體的硬度(莫氏度9)僅次于金剛石，他具有硬度和強(qiáng)度高、抗磨損、耐高溫能力強(qiáng)的特點(diǎn)以及化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，耐酸堿腐蝕等一系列特性，被廣泛應(yīng)用于高功率激光窗口、耐高溫、高壓、耐高速摩擦、耐強(qiáng)腐蝕等容器或真空容器的觀察窗和光學(xué)窗口以及投影儀的散熱板等；各種形狀的藍(lán)寶石晶體如方形、弧形、三角形、橢圓形被廣泛用于無磁性支撐架，高溫絕緣材料，隔離架，掃描儀面板等。
[0003]目前藍(lán)寶石晶體生長的主要方法有:火焰法、提拉法、泡生法、熱交換法、坩禍下降法和導(dǎo)模法等。上述方法中，火焰法由于溫度梯度過大而無法生長直徑大于50mm的單晶且晶體的缺陷和內(nèi)應(yīng)力值較高，應(yīng)用范圍受到了極大的限制。提拉法、泡生法、熱交換法、坩禍下降法等方法能夠生長大尺寸藍(lán)寶石晶體，但它們需要經(jīng)過多次高硬度切割，成型，研磨等一系列繁重的機(jī)械加工后，方能制成適用的形狀和尺寸，工序較復(fù)雜；成本高且耗時(shí)；晶體材料利用率較低，工作效率不高，成本居高不下。
[0004]藍(lán)寶石晶體的硬度(莫氏度9)僅次于金剛石，正是由于它的高硬度和高強(qiáng)度的特性，藍(lán)寶石很難被加工，對(duì)于藍(lán)寶石試管，由于其長度一般在200mm以上，對(duì)于管壁和試管底部的加工，用機(jī)械加工的辦法是幾乎不可能完成的，加工難度大。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]本實(shí)用新型克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種藍(lán)寶石試管的生長方法，可以將加工的難度降到最低，從加工試管底部的內(nèi)圓，轉(zhuǎn)為底部的外圓的加工。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案為:
[0007]一種用于藍(lán)寶石試管生長的坩禍結(jié)構(gòu)，包括坩禍、坩禍蓋、圓管模具和凸球面模具。
[0008]坩禍蓋設(shè)置在坩禍上，圓管模具和凸球面模具并排設(shè)置在坩禍內(nèi)；圓管模具和凸球面模具的頂端伸出坩禍蓋。
[0009]較優(yōu)地，圓管模具為圓柱體結(jié)構(gòu)，圓柱體結(jié)構(gòu)內(nèi)設(shè)置有以圓柱體結(jié)構(gòu)的中軸線為中心的圓環(huán)狀第一毛細(xì)縫(第一毛細(xì)縫為圓環(huán)狀，與圓柱體結(jié)構(gòu)同軸對(duì)稱)。
[0010]凸球面模具包括凸球面體和圓柱空腔體，圓柱空腔體套設(shè)在凸球面體外，凸球面體和圓柱空腔體之間設(shè)置有第二毛細(xì)縫，凸球面體的頂端伸出圓柱空腔體。
[0011]較優(yōu)地，第一毛細(xì)縫與第二毛細(xì)縫半徑相同，當(dāng)生長出圓管的長度達(dá)到預(yù)定的長度以后拉脫，平移籽晶桿使長出的圓管尾部位于凸球面模具的正上方，繼續(xù)生長出試管底部，第一毛細(xì)縫與第二毛細(xì)縫半徑相同。
[0012]較優(yōu)地，凸球面體的頂面為球面形狀。
[0013]較優(yōu)地，圓管模具的毛細(xì)縫與坩禍的內(nèi)腔相連通。
[0014]較優(yōu)地，凸球面體和圓柱空腔體之間的毛細(xì)縫與坩禍的內(nèi)腔相連通。
[0015]較優(yōu)地，圓管模具和凸球面模具的直徑為5 mm -50mm。
[0016]較優(yōu)地，圓管模具和凸球面模具材質(zhì)為鉬或者鎢或者銥或者鉬、鎢、銥相互組合。
[0017]本實(shí)用新型用于藍(lán)寶石試管生長的坩禍結(jié)構(gòu)相配合的藍(lán)寶石試管的生長方法，包括以下步驟:
[0018]S01，裝爐:選用M向或C向籽晶，將籽晶固定在籽晶夾頭上，圓管模具和凸球面模具裝入鉬制坩禍中，圓管模具和凸球面模具并排放置，模具之間間隔5 _?10_，裝入鉬坩禍5kg?7kg焰熔法碎料，將籽晶桿設(shè)置在圓管模具的毛細(xì)縫正上方，圓管模具口放料粒；
[0019]S02，抽真空及充氬氣:關(guān)閉爐門，開啟機(jī)械泵進(jìn)行抽真空，真空度達(dá)到3Pa?1Pa時(shí)關(guān)閉真空設(shè)備，充氬氣至標(biāo)準(zhǔn)大氣壓；
[0020]S03，升溫:打開加熱電源升溫到2100?2300 °C，使模具口料粒熔化；
[0021]S04，引晶:待圓管模具口的料粒熔化后將籽晶搖下，對(duì)籽晶進(jìn)行烤晶后進(jìn)行引晶，使籽晶塊與恪體恪接，并向上以5mm/h?20mm/h提拉籽晶；
[0022]S05，放肩:將籽晶桿提拉速率調(diào)至放肩限定速度，通過放肩使晶體沿著籽晶從圓管模具中間向外生長；
[0023]S06，等徑生長:放肩結(jié)束后，進(jìn)行等徑生長，提高拉速，在溫場穩(wěn)定的情況下，等徑生長時(shí)的加熱功率和提拉速率保持不變；生長出圓管的長度達(dá)到預(yù)定的長度以后拉脫，平移籽晶桿使長出的圓管尾部位于凸球面模具的正上方，圓管的底部位于凸球面模具的毛細(xì)縫處，并與毛細(xì)縫里的熔體結(jié)合，開始提拉，直到長出完整的試管底部后拉脫；
[0024]S07，降溫:拉脫晶體脫離凸球面模具，開始降溫，1h以后降到室溫出爐；
[0025]S08，對(duì)長出的試管底部進(jìn)行后道加工。
[0026]較優(yōu)地，放肩限定速度20mm/h~30mm/h。
[0027]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型將加工的難度降到最低，從加工試管底部的內(nèi)圓，轉(zhuǎn)為加工底部的外圓的加工，降低藍(lán)寶石試管加工難度，生長速度快，晶體尺寸可以精確控制，簡化晶體的加工程序，降低生產(chǎn)成本。
【附圖說明】
[0028]圖1本實(shí)用新型一種用于藍(lán)寶石試管生長的坩禍結(jié)構(gòu)的示意圖；
[0029]圖2為藍(lán)寶石試管的圓管尾部形成過程示意圖；
[0030]圖3為本實(shí)用新型一種藍(lán)寶石試管的生長方法流程示意圖；
[0031]圖2a表示圓管的底部接觸凸球面模具的毛細(xì)縫處的示意圖；
[0032]圖2b表不圓管提拉5mm時(shí)，圓管底部生長出試管弧度的不意圖；
[0033]圖2c表不圓管提拉1mm時(shí)，試管的底面圓弧逐漸形成的不意圖；
[0034]圖2d表不圓管提拉13mm時(shí)，試管的底面圓弧形成，但仍舊試管底面與凸球面模具的頂部接觸的不意圖；
[0035]圖2e表示圓管提拉20mm時(shí)，已經(jīng)生長完成的試管底面與凸球面模具的頂部脫離的不意圖；
[0036]圖2f表示生長完成的藍(lán)寶石試管與凸球面模具拉脫的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0037]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作更進(jìn)一步的說明。
[0038]如圖1所示，一種用于藍(lán)寶石試管生長的坩禍結(jié)構(gòu)，包括坩禍1、坩禍蓋2、圓管模具3和凸球面模具4。
[0039]坩禍