專利名稱：大尺寸異形薄壁鉬坩堝、其制造方法及專用熱壓爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于鉬坩堝下降法藍(lán)寶石生長用大尺寸異形薄壁鉬坩堝， 本發(fā)明還涉及其制造方法及專用熱壓爐。
技術(shù)背景現(xiàn)有鉬坩堝下降法藍(lán)寶石生長用鉬坩堝主要由圓柱形堝筒、圓錐形堝底和 圓柱形籽晶管三部分組成，其中的關(guān)鍵部件是形狀特殊的堝底，其質(zhì)量直接關(guān) 系到鉬坩堝的整體質(zhì)量水平。現(xiàn)有鉬坩堝的制作方法主要有兩種，粉末冶金熱 壓成形和鉬板焊接。用粉末冶金熱壓成形法制作鉬坩堝，需要高精度的專用模 具，造成鉬坩堝制作成本高，制造周期長，而且所成形的鉬坩堝壁較厚，整體 笨重，不易搬動(dòng)。而采用鉬板焊接制作鉬坩堝，其堝底是用冷壓技術(shù)制作的， 由于鉬材料屬于硬脆材料，在低溫下延展性不好，所制作的堝底有以下缺點(diǎn)1、 加工成的鉬坩堝尺寸較小，不能滿足大尺寸藍(lán)寶石晶體生長的需要2、表面質(zhì)量 不好，有較明顯的折痕，造成鉬坩堝整體質(zhì)量較低，漏堝率較高3、工序環(huán)節(jié)多， 需要7、 8次壓制才能最終成形，效率低下。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種大尺寸異形薄壁鉬柑堝。 本發(fā)明的再一 目的是提供一種大尺寸異形薄壁鉬坩堝制造方法。 本發(fā)明的另一目的是提供一種實(shí)現(xiàn)大尺寸異形薄壁鉬坩堝制造方法的專 用熱壓爐。本發(fā)明的目的是通過實(shí)施下述技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的一種大尺寸異形薄壁鉬坩堝，包括圓柱形堝筒、圓錐形堝底和圓柱形籽晶 管，其特征在于所述堝筒直徑100-170mm，堝筒高度160--250mm， 堝底 壁厚l-3mm堝底錐底的夾角60-130度。上述的大尺寸異形薄壁鉬坩堝采用下述方法制成，分別制造圓柱形堝筒、 圓錐形堝底和圓柱形籽晶管，將圓柱形堝筒、圓錐形堝底和圓柱形籽晶管三部 分用專用焊接裝置焊接成鉬坩堝，其特征在于堝底的制造方法包括如下步驟:(1) 將鉬圓片放置于熱壓爐成型模具的圓錐形模腔內(nèi)，抽真空至 -0.05MPa，然后充保護(hù)氣氛至0.05MPa，升溫至1000 1700°C;(2) 啟動(dòng)與成型模具的上?；蛳履９踢B的頂升裝置，將其與固定不動(dòng)的下 ?；蛏夏ｉ]合熱壓，移動(dòng)行程20-28mm;(3) 關(guān)閉電源，8小時(shí)后打開爐門冷卻至室溫，將鉬圓片一次成型為薄壁 中空的外形為圓錐形狀的鉬堝底，堝底壁厚為l-3mm，堝底錐底的夾角為 60-130度。(4)完全冷卻后，取出所制備的圓錐形堝底。上述的大尺寸異形薄壁鉬坩堝堝底的制造方法可以采用如下步驟制造(1) 將鉬圓片放置于熱壓爐一次成型模具的圓臺(tái)形模腔內(nèi)，抽真空至 -0.05MPa，然后充保護(hù)氣氛至0.05MPa,升溫至1000 1700°C;(2) 啟動(dòng)與一次成型模具的上模或下模固連的頂升裝置，將其與固定不動(dòng) 的下?；蛏夏ｉ]合熱壓，移動(dòng)行程10-18mm;(3) 關(guān)閉電源，8小時(shí)后打開爐門冷卻至室溫，將鉬圓片一次成型為鉬圓 臺(tái)半成品；(4) 將熱壓爐內(nèi)的模具更換成二次成型模具，將一次成型制備的鉬圓臺(tái)半 成品放置在二次成型模具的圓錐形模腔內(nèi)，抽真空至-0.05MPa，然后充保護(hù)氣 氛至0.05MPa，升溫至1000 1700°C;(5) 啟動(dòng)與上?；蛳履９踢B的頂升裝置，將其與固定不動(dòng)的下?；蛏夏ｉ] 合熱壓，移動(dòng)行程20-28mm;(6) 關(guān)閉電源，8小時(shí)后打開爐門冷卻至室溫，將鉬圓臺(tái)半成品二次成型 為薄壁中空的外形為圓錐形狀的鉬堝底，堝底壁厚為卜3mm，堝底錐底的夾 角為60-130度。(7) 完全冷卻后，取出所制備的圓錐形堝底。本發(fā)明還涉及制造大尺寸異形薄壁鉬坩堝方法的專用熱壓爐，包括爐膛和 保溫裝置以及保護(hù)氣氛充氣系統(tǒng)，其特征在于，還包括由上模和下模組成的成 型模具，所述上?；蛳履Ｅc頂升裝置連接，對(duì)應(yīng)的下?；蛏夏Ｅc頂壓裝置相對(duì) 應(yīng)或連接，所述上?；蛳履９ぷ髅鏋閮?nèi)凹的圓錐形，下模或上模工作面為與對(duì) 應(yīng)的上?；蛳履Ｐ螤钕噙m配的外凸的圓錐形，上模和下模形成圓錐形的模腔。本發(fā)明的專用熱壓爐結(jié)構(gòu)還可以如下，其包括爐膛和保溫裝置以及保護(hù)氣 氛充氣系統(tǒng)，其特征在于，還包括由上模和下模組成的專用成型模具，所述上 模或下模與頂升裝置連接，對(duì)應(yīng)的下模或上模與頂壓裝置相對(duì)或相接，所述成 型模具包括一次成型模具和二次成型模具，所述一次成型模具的上模或下模工 作面為內(nèi)凹的圓臺(tái)形，下模或上模工作面為與對(duì)應(yīng)的上?；蛳履Ｐ螤钕噙m配的 外凸的圓臺(tái)形，上模和下模形成圓臺(tái)形的模腔；所述二次成型模具的上模或下 模工作面為內(nèi)凹的圓錐形，下?；蛏夏９ぷ髅鏋榕c對(duì)應(yīng)的上模或下模形狀相適 配的外凸的圓錐形，上模和下模形成圓錐形的模腔。上述一次成型模具和二次成型模具可以如下 一次成型模具包括上模和下 模，上?；蛳履９ぷ髅鏋閮?nèi)凹的圓錐形，錐形工作面內(nèi)設(shè)置一個(gè)與之形狀相適 配的錐形內(nèi)模， 一次成型模具的下模或上模工作面為外凸的圓臺(tái)形，下模或上 模與錐形內(nèi)模的圓形底面形成圓臺(tái)形的模腔，所述二次成型模具的上?；蛳履＜礊橐淮纬尚湍＞叩纳夏；蛳履?，二次成型模具的下?；蛏夏９ぷ髅鏋榕c對(duì)應(yīng) 的上模或下模形狀相適配的外凸的圓錐形，上模和下模對(duì)應(yīng)的工作面形成圓錐 形的模腔。采用本發(fā)明方法制造的鉬坩堝，利用高溫下鉬的延展性會(huì)得到改善的特點(diǎn)，采用鉬圓片2次熱壓成形，制造出大尺寸、薄壁、高質(zhì)量的異形鉬柑堝底，通 過焊接堝筒和籽晶管，制成的異形鉬坩堝，滿足了鉬坩堝下降法生產(chǎn)大尺寸藍(lán) 寶石的需求。本方法所采用的模具較粉末冶金熱壓成形方法所采用的高精度模 具費(fèi)用少，且制造周期短，制造成本低，由于堝底壁薄，所制成的鉬坩堝重量 輕、搬運(yùn)方便。和鉬板焊接方法相比，本發(fā)明成形次數(shù)及時(shí)間大大縮短，提高 了制作效率，所制作的鉬坩堝質(zhì)量好，尺寸大。


圖1是本發(fā)明熱壓爐結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2是本發(fā)明實(shí)施例一次成型模具示意圖。 圖3是本發(fā)明實(shí)施例二次成型模具示意圖。 圖4是本發(fā)明實(shí)施例一次成型示意圖。 圖5是本發(fā)明實(shí)施例二次成型示意圖。 圖6是本發(fā)明鉬坩堝結(jié)構(gòu)示意圖。圖中標(biāo)記l保溫裝置，2上頂桿，3爐膛，4成型模具，5頂升裝置，6 — 次成型上摸，7內(nèi)模，8下模，9二次成型上模，IO堝筒，ll堝底，12籽晶管。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。 實(shí)施例1如圖1所示為本發(fā)明的專用熱壓爐，包括爐膛3和保溫裝置1以及保護(hù)氣 氛充氣系統(tǒng)，保溫裝置內(nèi)設(shè)置專用成型模具4，成型模具包括一次成型模具和二 次成型模具，如圖2-3所示， 一次成型模具包括上模6、下模8和內(nèi)模7， 二次 成型模具包括上模9和下模8， 一次成型模具的下模和二次成型模具的下模相同。 一次成型下模與頂升裝置5連接，上模與頂壓裝置的上頂桿2相對(duì)； 一次成型 下模工作面為內(nèi)凹的圓錐形，錐形工作面內(nèi)設(shè)置一個(gè)與之形狀相適配的錐形內(nèi) 模， 一次成型上模工作面為圓臺(tái)形，上模與錐形內(nèi)模的圓形底面形成圓臺(tái)形的 模腔；二次成型模具的下模即為一次成型模具的下模，二次成型上模工作面為 與對(duì)應(yīng)下模形狀相適配的圓錐形，上模和下模的工作面形成圓錐形的模腔。上述一次成型模具也可以只包括內(nèi)模和外模，其外模的工作面形狀為內(nèi)凹的圓臺(tái)形，其上模及二次成型模具的上模、下模同上述實(shí)施例。上述實(shí)施例還可以是上模與頂升裝置連接，對(duì)應(yīng)的下模與頂壓裝置相接。 采用下述方法制造大尺寸異型薄壁鉬坩堝，采用常規(guī)方法分別制造圓柱形堝筒、圓柱形籽晶管，采用如下方法步驟制造堝底-(1) 將一次成型模具的下模放置于熱壓爐的保溫裝置內(nèi)，再將與下模內(nèi)凹 的圓錐形工作面相適配的錐形內(nèi)模放入下模的錐底，然后把鉬圓片放置在內(nèi)模 的圓形底面的中心，再在其上放置工作面為圓臺(tái)形的上模，啟動(dòng)與下模固連的 頂升裝置，將一次成型模具緩慢上升至上模與頂壓裝置的上頂桿接觸，停止上 升。(2) 關(guān)閉爐門，抽真空至-0.05MPa，然后充保護(hù)氣氛至0.05MPa，升溫至 1000 1700°C;(3) 再次啟動(dòng)與下模固連的頂升裝置，將下模8、內(nèi)模7與一次成型上模 6閉合熱壓，如圖4所示，移動(dòng)行程10-18mm;(4) 關(guān)閉電源，8小時(shí)后打開爐門冷卻至室溫，將鉬圓片一次成型為鉬圓 臺(tái)半成品；(5) 取出一次成型的上模和內(nèi)模，將一次成型制備的鉬圓臺(tái)半成品直接放 置在下模的內(nèi)凹圓錐工作面內(nèi)，再在下模內(nèi)放入與其形狀相適配的圓錐形二次 成型上模，啟動(dòng)與下模固連的頂升裝置，將二次成型模具緩慢上升至上模與頂 壓裝置的上頂桿接觸，停止上升；(6) 關(guān)閉爐門，抽真空至-0.05MPa，然后充保護(hù)氣氛至0.05MPa，升溫至 勤0 1700。C;(7) 啟動(dòng)與下模固連的頂升裝置，將下模8與二次成型上模9閉合熱壓， 如圖5所示，頂升裝置移動(dòng)行程20-28mm;(8) 關(guān)閉電源，8小時(shí)后打開爐門冷卻至室溫，將鉬圓臺(tái)半成品二次成型 為薄壁中空的外形為圓錐形狀的鉬堝底。(9) 完全冷卻后，取出所制備的圓錐形堝底。在鉬坩堝底成形完成后，將圓柱形堝筒IO、圓錐形堝底ll和圓柱形籽晶管 12三部分用專用焊接裝置焊接成完整的鉬坩堝，如圖6所示。其堝筒直徑 100-170iran，堝筒高度160—250mm，堝底壁厚1-2mm，堝底壁厚也可以根據(jù) 需要做成l-3mm厚度，堝底錐底的夾角60-130度。在鉬坩堝焊接完成后再采用專用的檢測方法對(duì)其進(jìn)行質(zhì)量檢測，以確保鉬坩堝在高溫下正常工作不漏堝。實(shí)施例2本發(fā)明的專用熱壓爐與實(shí)施例1不同之處在于，沒有一次成型模具，成型 模具僅包括由上模和下模組成的成型模具，即實(shí)施例1的二次成型模具，下模 工作面為內(nèi)凹的圓錐形，上模的工作面為與下模形狀相適配的外凸的圓錐形， 上模和下模形成圓錐形的模腔。采用本實(shí)施例所述的熱壓爐制造的的大尺寸異型薄壁鉬坩堝，其與實(shí)施例1 不同之處在于，鉬坩堝堝底采用如下步驟制造(1) 將成型模具的下模放置于熱壓爐的保溫裝置內(nèi)，然后把鉬圓片放置在 下模的內(nèi)凹圓錐面上，再在其上放置工作面為圓錐形的上模，啟動(dòng)與下模固連 的頂升裝置，將成型模具緩慢上升至上模與頂壓裝置的上頂桿接觸，停止上升。(2) 關(guān)閉爐門，抽真空至-0.05MPa，然后充保護(hù)氣氛至0.05MPa，升溫至 1000 1700°C;(3) 再次啟動(dòng)與下模固連的頂升裝置，將下模與上模6閉合熱壓，移動(dòng)行 程20-28mm;(4) 關(guān)閉電源，8小時(shí)后打開爐門冷卻至室溫，將鉬圓片一次成型為薄壁 中空的外形為圓錐形狀的鉬堝底，堝底壁厚為l-3mm，堝底錐底的夾角為 60-130度。(5) 完全冷卻后，取出所制備的圓錐形堝底。需要說明的是雖然上述實(shí)施例已經(jīng)詳細(xì)描述了本發(fā)明的結(jié)構(gòu)、方法和產(chǎn) 品，但本發(fā)明并不限于上述實(shí)施例，凡是本領(lǐng)域技術(shù)人員從上述實(shí)施例中不經(jīng) 過創(chuàng)造性勞動(dòng)就可以想到的替換結(jié)構(gòu)和方法，均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。8
權(quán)利要求
1、一種大尺寸異形薄壁鉬坩堝，包括圓柱形堝筒、圓錐形堝底和圓柱形籽晶管，其特征在于所述堝筒直徑100-170mm，堝筒高度160--250mm，堝底壁厚1-3mm，堝底錐底的夾角60-130度。
2、 如權(quán)利要求1所述的大尺寸異形薄壁鉬坩堝，其特征在于所述堝底壁 厚l-2mm。
3、 一種制造權(quán)利要求1或2所述的大尺寸異形薄壁鉬坩堝方法，分別制造 圓柱形堝筒、圓錐形堝底和圓柱形籽晶管，將圓柱形堝筒、圓錐形堝底和圓柱 形籽晶管三部分用專用焊接裝置焊接成鉬坩堝，其特征在于堝底的制造方法 包括如下步驟(1) 將鉬圓片放置于熱壓爐成型模具的圓錐形模腔內(nèi)，抽真空至 -0.05MPa，然后充保護(hù)氣氛至0.05MPa，升溫至1000 1700°C;(2) 啟動(dòng)與成型模具的上?；蛳履９踢B的頂升裝置，將其與固定不動(dòng)的下 ?；蛏夏ｉ]合熱壓，移動(dòng)行程20-28mm;(3) 關(guān)閉電源，8小時(shí)后打開爐門冷卻至室溫，將鉬圓片一次成型為薄壁 中空的外形為圓錐形狀的鉬堝底，堝底壁厚為l-3mm，堝底錐底的夾角為 60-130度。(4) 完全冷卻后，取出所制備的圓錐形堝底。
4、 一種制造權(quán)利要求1或2所述的大尺寸異形薄壁鉬坩堝方法，分別制造 圓柱形堝筒、圓錐形堝底和圓柱形籽晶管，將圓柱形堝筒、圓錐形堝底和圓柱 形籽晶管三部分用專用焊接裝置焊接成鉬坩堝，其特征在于堝底的制造方法 包括如下步驟(1) 將鉬圓片放置于熱壓爐一次成型模具的圓臺(tái)形模腔內(nèi)，抽真空至 -0.05MPa，然后充保護(hù)氣氛至0.05MPa，升溫至1000 1700°C;(2) 啟動(dòng)與一次成型模具的上模或下模固連的頂升裝置，將其與固定不動(dòng) 的下?；蛏夏ｉ]合熱壓，移動(dòng)行程10-18mm;(3) 關(guān)閉電源，8小時(shí)后打開爐門冷卻至室溫，將鉬圓片一次成型為鉬圓 臺(tái)半成品；(4) 將熱壓爐內(nèi)的模具更換成二次成型模具，將一次成型制備的鉬圓臺(tái)半 成品放置在二次成型模具的圓錐形模腔內(nèi)，抽真空至-0.05MPa，然后充保護(hù)氣 氛至0.05MPa，升溫至1000 1700°C;(5) 啟動(dòng)與上?；蛳履９踢B的頂升裝置，將其與固定不動(dòng)的下?；蛏夏ｉ] 合熱壓，移動(dòng)行程20-28mm;(6) 關(guān)閉電源，8小時(shí)后打開爐門冷卻至室溫，將鉬圓臺(tái)半成品二次成型 為薄壁中空的外形為圓錐形狀的鉬堝底，堝底壁厚為l-3mm，堝底錐底的夾(7)完全冷卻后，取出所制備的圓錐形堝底。
5、 一種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求3所述的制造大尺寸異形薄壁鉬坩堝方法的專用熱壓 爐，包括爐膛和保溫裝置以及保護(hù)氣氛充氣系統(tǒng)，其特征在于，還包括由上模 和下模組成的成型模具，所述上?；蛳履Ｅc頂升裝置連接，對(duì)應(yīng)的下?；蛏夏?與頂壓裝置相對(duì)應(yīng)或連接，所述上模或下模工作面為內(nèi)凹的圓錐形，下模或上 模工作面為與對(duì)應(yīng)的上?；蛳履Ｐ螤钕噙m配的外凸的圓錐形，上模和下模形成 圓錐形的模腔。
6、 一種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求4所述的制造大尺寸異形薄壁鉬坩堝方法的專用熱壓 爐，包括爐膛和保溫裝置以及保護(hù)氣氛充氣系統(tǒng)，其特征在于，還包括由上模 和下模組成的專用成型模具，所述上?；蛳履Ｅc頂升裝置連接，對(duì)應(yīng)的下模或 上模與頂壓裝置相對(duì)或相接，所述成型模具包括一次成型模具和二次成型模具， 所述一次成型模具的上模或下模工作面為內(nèi)凹的圓臺(tái)形，下模或上模工作面為 與對(duì)應(yīng)的上?；蛳履Ｐ螤钕噙m配的外凸的圓臺(tái)形，上模和下模形成圓臺(tái)形的模 腔；所述二次成型模具的上?；蛳履９ぷ髅鏋閮?nèi)凹的圓錐形，下?；蛏夏９ぷ?面為與對(duì)應(yīng)的上模或下模形狀相適配的外凸的圓錐形，上模和下模形成圓錐形 的模腔。
7、 如權(quán)利要求6所述的專用熱壓爐，其特征在于，所述一次成型模具的上 ?；蛳履９ぷ髅鏋閮?nèi)凹的圓錐形，錐形工作面內(nèi)設(shè)置一個(gè)與之形狀相適配的錐 形內(nèi)模， 一次成型模具的下?；蛏夏９ぷ髅鏋橥馔沟膱A臺(tái)形，下?；蛏夏Ｅc錐 形內(nèi)模的圓形底面形成圓臺(tái)形的模腔；所述二次成型模具的上?；蛳履＜礊橐?次成型模具的上模或下模，二次成型模具的下模或上模工作面為與對(duì)應(yīng)的上模 或下模形狀相適配的外凸的圓錐形，上模和下模對(duì)應(yīng)的工作面形成圓錐形的模 腔。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種大尺寸異形薄壁鉬坩堝及其制造方法及專用熱壓爐，將鉬圓片放置在專用熱壓爐內(nèi)的專用模具內(nèi)，在將模具和鉬圓片高溫加熱后，利用高溫下鉬的延展性會(huì)得到改善的特點(diǎn)，用頂升裝置對(duì)鉬圓片經(jīng)過兩次熱壓，制造出大尺寸、薄壁、高質(zhì)量的異形鉬坩堝底，再與堝筒和籽晶管焊接形成大尺寸異形薄壁鉬坩堝底。采用本發(fā)明，所制造的鉬坩堝質(zhì)量好，尺寸大，生產(chǎn)周期短，制造成本低，所制成的鉬坩堝重量輕、搬運(yùn)方便。滿足了鉬坩堝下降法生產(chǎn)大尺寸藍(lán)寶石的需求。
文檔編號(hào)B21D51/18GK101328604SQ200810045719
公開日2008年12月24日 申請(qǐng)日期2008年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月1日
發(fā)明者王國強(qiáng), 兵 肖, 胡建軍 申請(qǐng)人:成都東駿激光有限責(zé)任公司