一種直接成型藍(lán)寶石整流罩的方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種直接成型藍(lán)寶石整流罩的方法，其具體加工步驟如下：1)在坩堝內(nèi)加入藍(lán)寶石晶體原料；2)使籽晶桿的軸心線(xiàn)與毛細(xì)管導(dǎo)模的軸心線(xiàn)重合，并與毛細(xì)管導(dǎo)模的上端具有30—50mm的間隙；3)通過(guò)控制系統(tǒng)控制爐體進(jìn)行加熱，直至坩堝內(nèi)的藍(lán)寶石晶體原料熔化，藍(lán)寶石熔液隨毛細(xì)管導(dǎo)模向上移動(dòng)至籽晶桿的下端；4)通過(guò)坩堝旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)坩堝旋轉(zhuǎn)，同時(shí)通過(guò)豎移機(jī)構(gòu)向上提拉籽晶桿，并通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)籽晶桿繞其軸心線(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)；5)直到整流罩成型后，后對(duì)爐體進(jìn)行降溫，待降溫后將整流罩與籽晶桿一起取下；最后將整流罩從籽晶桿上取下，進(jìn)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(zhuān)利說(shuō)明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及晶體加工【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種直接成型藍(lán)寶石整流罩的方法。 一種直接成型藍(lán)寶石整流罩的方法

【背景技術(shù)】
[0002] 藍(lán)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(jī)械性能，使其越來(lái)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(lán)寶石有著極高的機(jī)械強(qiáng)度、耐熱性能好、耐化學(xué)腐蝕性好、在較寬波 段（可見(jiàn)光、紅外、微波）擁有良好的透波能，因此其應(yīng)用越來(lái)越廣。特別是近年來(lái)導(dǎo)彈技 術(shù)的飛速發(fā)展，藍(lán)寶石作為整流罩和窗口材料的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)得愈加明顯，也對(duì)藍(lán)寶石整流罩 的品質(zhì)要求越來(lái)越高，尺寸要求越來(lái)越大。但是，由于晶體習(xí)性、生長(zhǎng)手段、成品率等原因的 限制，高品質(zhì)藍(lán)寶石的生長(zhǎng)難度較大，特別體現(xiàn)在大尺寸晶體方面。
[0003] 由于藍(lán)寶石整流罩的整體結(jié)構(gòu)呈碗狀，因此，目前主流藍(lán)寶石整流罩的制備流程 是從藍(lán)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(fèi)嚴(yán)重，而且成本也很高。所以低成本高質(zhì)量地生長(zhǎng)大尺寸藍(lán)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(duì)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(lán)寶石整流罩加 工難度大，加工精確度低，材料浪費(fèi)多，并且生產(chǎn)成本高的問(wèn)題，提供一種直接成型藍(lán)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(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是這樣的：一種直接成型藍(lán)寶石 整流罩的方法，其特征在于：包括藍(lán)寶石晶體生長(zhǎng)爐爐體、坩堝、毛細(xì)管導(dǎo)模、籽晶桿、籽晶 桿移動(dòng)機(jī)構(gòu)、坩堝旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、以及控制系統(tǒng)；所述坩堝位于爐體內(nèi)，毛細(xì)管導(dǎo)模堅(jiān)直設(shè)于坩 堝上方，其下端伸入坩堝內(nèi)，且毛細(xì)管導(dǎo)模的軸心線(xiàn)與坩堝的軸心線(xiàn)之間具有間距；所述籽 晶桿移動(dòng)機(jī)構(gòu)位于爐體上方，其包括堅(jiān)移機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)與堅(jiān)移機(jī)構(gòu)相連， 通過(guò)堅(jiān)移機(jī)構(gòu)能夠帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)上下移動(dòng)；在轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)下方設(shè)有一籽晶桿固定架，所述籽 晶桿堅(jiān)直安裝在該籽晶桿固定架上，且籽晶桿的軸心線(xiàn)和坩堝的軸心線(xiàn)之間的距離與毛細(xì) 管導(dǎo)模的軸心線(xiàn)和坩堝的軸心線(xiàn)之間的距離相等，所述轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)能夠帶動(dòng)籽晶桿固定架及 籽晶桿固定架繞籽晶桿的軸心線(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)；所述坩堝旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)位于爐體下方，該坩堝旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 通過(guò)一傳動(dòng)軸與坩堝相連，且坩堝的軸心線(xiàn)與傳動(dòng)軸的軸心線(xiàn)重合，通過(guò)坩堝旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)能 夠帶動(dòng)坩堝繞其軸心線(xiàn)旋轉(zhuǎn)；
[0006] 其具體加工步驟如下：
[0007] 1)在坩堝內(nèi)加入藍(lán)寶石晶體原料；
[0008] 2)通過(guò)坩堝旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)使毛細(xì)管導(dǎo)模的軸心線(xiàn)與籽晶桿的軸心線(xiàn)重合，同時(shí)通過(guò)縱 移機(jī)構(gòu)使籽晶桿的下端伸入爐體內(nèi)并與毛細(xì)管導(dǎo)模的上端具有30- 50mm的間隙；
[0009] 3)通過(guò)控制系統(tǒng)控制爐體進(jìn)行加熱，直至坩堝內(nèi)的藍(lán)寶石晶體原料熔化，藍(lán)寶石 熔液隨毛細(xì)管導(dǎo)模向上移動(dòng)至籽晶桿的下端，同時(shí)通過(guò)控制系統(tǒng)控制爐體內(nèi)的溫度，使藍(lán) 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(lán)寶石熔液晶體在籽晶桿下端結(jié)晶后，通過(guò)坩堝旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)坩堝旋轉(zhuǎn)，同 時(shí)通過(guò)堅(jiān)移機(jī)構(gòu)向上提拉籽晶桿，并通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)籽晶桿繞其軸心線(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)，其中，籽晶 桿下端結(jié)晶體上任意一點(diǎn)P，其對(duì)應(yīng)的高度H p，結(jié)晶半徑Rp以及旋轉(zhuǎn)速度ωρ分別為：
[0011]

【權(quán)利要求】
1. 一種直接成型藍(lán)寶石整流罩的方法，其特征在于：包括藍(lán)寶石晶體生長(zhǎng)爐爐體、坩 堝、毛細(xì)管導(dǎo)模、籽晶桿、籽晶桿移動(dòng)機(jī)構(gòu)、坩堝旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、以及控制系統(tǒng)；所述坩堝位于爐 體內(nèi)，毛細(xì)管導(dǎo)模堅(jiān)直設(shè)于坩堝上方，其下端伸入坩堝內(nèi)，且毛細(xì)管導(dǎo)模的軸心線(xiàn)與坩堝的 軸心線(xiàn)之間具有間距；所述籽晶桿移動(dòng)機(jī)構(gòu)位于爐體上方，其包括堅(jiān)移機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，所 述轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)與堅(jiān)移機(jī)構(gòu)相連，通過(guò)堅(jiān)移機(jī)構(gòu)能夠帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)上下移動(dòng)；在轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)下方 設(shè)有一籽晶桿固定架，所述籽晶桿堅(jiān)直安裝在該籽晶桿固定架上，且籽晶桿的軸心線(xiàn)和坩 堝的軸心線(xiàn)之間的距離與毛細(xì)管導(dǎo)模的軸心線(xiàn)和坩堝的軸心線(xiàn)之間的距離相等，所述轉(zhuǎn)動(dòng) 機(jī)構(gòu)能夠帶動(dòng)籽晶桿固定架及籽晶桿固定架繞籽晶桿的軸心線(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)；所述坩堝旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)位 于爐體下方，該坩堝旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)通過(guò)一傳動(dòng)軸與坩堝相連，且坩堝的軸心線(xiàn)與傳動(dòng)軸的軸心 線(xiàn)重合，通過(guò)坩堝旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)能夠帶動(dòng)坩堝繞其軸心線(xiàn)旋轉(zhuǎn)； 其具體加工步驟如下： 1) 在坩堝內(nèi)加入藍(lán)寶石晶體原料； 2) 通過(guò)坩堝旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)使毛細(xì)管導(dǎo)模的軸心線(xiàn)與籽晶桿的軸心線(xiàn)重合，同時(shí)通過(guò)縱移機(jī) 構(gòu)使籽晶桿的下端伸入爐體內(nèi)并與毛細(xì)管導(dǎo)模的上端具有30- 50mm的間隙； 3) 通過(guò)控制系統(tǒng)控制爐體進(jìn)行加熱，直至坩堝內(nèi)的藍(lán)寶石晶體原料熔化，藍(lán)寶石熔液 隨毛細(xì)管導(dǎo)模向上移動(dòng)至籽晶桿的下端，同時(shí)通過(guò)控制系統(tǒng)控制爐體內(nèi)的溫度，使藍(lán)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(lán)寶石熔液晶體在籽晶桿下端結(jié)晶后，通過(guò)坩堝旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)坩堝旋轉(zhuǎn)，同時(shí)通 過(guò)堅(jiān)移機(jī)構(gòu)向上提拉籽晶桿，并通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)籽晶桿繞其軸心線(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)，其中，籽晶桿下 端結(jié)晶體上任意一點(diǎn)P，其對(duì)應(yīng)的高度H p，結(jié)晶半徑Rp以及旋轉(zhuǎn)速度ωρ分別為：
其中vti為任意時(shí)間段ti對(duì)應(yīng)的提拉速度；
其中ω 2ti為任意時(shí)間段ti對(duì)應(yīng)的坩堝旋轉(zhuǎn)速度；Θ i為任意時(shí)間段坩堝轉(zhuǎn)過(guò)的角度； S為籽晶桿旋轉(zhuǎn)中心線(xiàn)與坩堝旋轉(zhuǎn)中心線(xiàn)之間的距離； ωρ = ω ltp 其中，ω ltp為時(shí)間段tp對(duì)應(yīng)的籽晶桿旋轉(zhuǎn)速度； 通過(guò)控制系統(tǒng)控制提拉速度、籽晶桿轉(zhuǎn)動(dòng)速度以及坩堝旋轉(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(zhǎng)，逐漸形成整流罩；其中：提拉速度為〇〈v< l〇〇mm/min，籽 晶桿轉(zhuǎn)動(dòng)速度〇〈 ω 1彡40r/min，坩堝旋轉(zhuǎn)速度；0〈 ω 2彡40r/min ; 5) 直到整流罩成型后，通過(guò)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(duì)爐體進(jìn)行降溫，待降溫后將整流罩與籽晶桿一起取下；最后將整流罩從籽晶桿上取下，進(jìn) 行后續(xù)打磨處理。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種直接成型藍(lán)寶石整流罩的方法，其特征在于：在堅(jiān)移機(jī) 構(gòu)上還設(shè)有稱(chēng)重裝置，所述轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)安裝在稱(chēng)重裝置下方，通過(guò)該稱(chēng)重裝置能夠?qū)D(zhuǎn)動(dòng)機(jī) 構(gòu)及籽晶桿固定架進(jìn)行稱(chēng)重，從而對(duì)結(jié)晶成型的罩體重量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，從而通過(guò)結(jié)晶成 型重量與理論重量進(jìn)行比較，以實(shí)時(shí)對(duì)提拉速度、水平移動(dòng)速度以及旋轉(zhuǎn)速度進(jìn)行修正。
【文檔編號(hào)】C30B29/20GK104088010SQ201410373898
【公開(kāi)日】2014年10月8日 申請(qǐng)日期:2014年7月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月31日
【發(fā)明者】何曄, 佘建軍, 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(qǐng)人:中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二十六研究所