用于藍寶石試管生長的坩堝結構及藍寶石試管的生長方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及藍寶石生產(chǎn)技術領域，尤其涉及一種用于藍寶石試管生長的坩堝結構及藍寶石試管的生長方法。
【背景技術】
[0002]藍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窗口材料。藍寶石晶體的各向異性，被應用于波導激光腔體、聲表面波濾波器、延遲線、超聲波傳導元件；藍寶石晶體的硬度(莫氏度9)僅次于金剛石，他具有硬度和強度高、抗磨損、耐高溫能力強的特點以及化學性質(zhì)穩(wěn)定，耐酸堿腐蝕等一系列特性，被廣泛應用于高功率激光窗口、耐高溫、高壓、耐高速摩擦、耐強腐蝕等容器或真空容器的觀察窗和光學窗口以及投影儀的散熱板等；各種形狀的藍寶石晶體如方形、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、坩堝下降法和導模法等。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)應力值較高，應用范圍受到了極大的限制。提拉法、泡生法、熱交換法、坩堝下降法等方法能夠生長大尺寸藍寶石晶體，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械加工后，方能制成適用的形狀和尺寸，工序較復雜；成本高且耗時；晶體材料利用率較低，工作效率不高，成本居高不下。
[0004]藍寶石晶體的硬度(莫氏度9)僅次于金剛石，正是由于它的高硬度和高強度的特性，藍寶石很難被加工，對于藍寶石試管，由于其長度一般在200mm以上，對于管壁和試管底部的加工，用機械加工的辦法是幾乎不可能完成的，加工難度大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術的不足，提供了一種藍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]為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案為:
一種用于藍寶石試管生長的坩堝結構，包括坩堝、坩堝蓋、圓管模具和凸球面模具。
[0007]坩堝蓋設置在坩堝上，圓管模具和凸球面模具并排設置在坩堝內(nèi)；圓管模具和凸球面模具的頂端伸出坩堝蓋。
[0008]較優(yōu)地，圓管模具為圓柱體結構，圓柱體結構內(nèi)設置有以圓柱體結構的中軸線為中心的圓環(huán)狀第一毛細縫(第一毛細縫為圓環(huán)狀，與圓柱體結構同軸對稱)。
[0009]凸球面模具包括凸球面體和圓柱空腔體，圓柱空腔體套設在凸球面體外，凸球面體和圓柱空腔體之間設置有第二毛細縫，凸球面體的頂端伸出圓柱空腔體。
[0010]較優(yōu)地，第一毛細縫與第二毛細縫半徑相同，當生長出圓管的長度達到預定的長度以后拉脫，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，第一毛細縫與第二毛細縫半徑相同，才能夠使得試管底部生長光滑。
[0011]較優(yōu)地，凸球面體的頂面為球面形狀。
[0012]較優(yōu)地，圓管模具的毛細縫與坩堝的內(nèi)腔相連通。
[0013]較優(yōu)地，凸球面體和圓柱空腔體之間的毛細縫與坩堝的內(nèi)腔相連通。
[0014]較優(yōu)地,圓管模具和凸球面模具的直徑為5 mm -50mm。
[0015]較優(yōu)地，圓管模具和凸球面模具材質(zhì)為鑰或者鎢或者銥或者鑰、鎢、銥相互組合。
[0016]一種藍寶石試管的生長方法，包括以下步驟:
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鑰制坩堝中，圓管模具和凸球面模具并排放置，模具之間間隔5 _?10_，裝入鑰坩堝5kg?7kg焰熔法碎料，將籽晶桿設置在圓管模具的毛細縫正上方，圓管模具口放料粒；S02，抽真空及充氬氣:關閉爐門，開啟機械泵進行抽真空，真空度達到3Pa?1Pa時關閉真空設備，充氬氣至標準大氣壓；
S03，升溫:打開加熱電源升溫到2100?2300°C，使模具口料粒熔化；
S04，引晶:待圓管模具口的料粒熔化后將籽晶搖下，對籽晶進行烤晶后進行引晶，使籽晶塊與熔體熔接，并向上以5mm/h?20mm/h提拉籽晶；
505,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；
506,等徑生長:放肩結束后，進行等徑生長，提聞拉速，在溫場穩(wěn)定的情況下，等徑生長時的加熱功率和提拉速率保持不變；生長出圓管的長度達到預定的長度以后拉脫，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縫處，并與毛細縫里的熔體結合，開始提拉，直到長出完整的試管底部后拉脫；
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；
S08,對長出的試管底部進行后道加工。
[0017]較優(yōu)地，放肩限定速度20mm/h~30mm/h。
[0018]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明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】
[0019]圖1本發(fā)明一種用于藍寶石試管生長的坩堝結構的示意圖；
圖2為本發(fā)明藍寶石試管的圓管尾部形成過程示意圖；
圖3為本發(fā)明一種藍寶石試管的生長方法流程示意圖。
【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖對本發(fā)明作更進一步的說明。
[0021]如圖1所示，一種用于藍寶石試管生長的坩堝結構，包括坩堝1、坩堝蓋2、圓管模具3和凸球面模具4。
[0022]坩堝蓋2設置在坩堝I上，圓管模具3和凸球面模具4并排設置在坩堝I內(nèi)；圓管模具3和凸球面模具4的頂端伸出坩堝蓋2。
[0023]圓管模具3為圓柱體結構，圓柱體結構內(nèi)設置有以圓柱體結構的中軸線為中心的圓環(huán)狀第一毛細縫5 (第一毛細縫5為圓環(huán)狀，與圓柱體結構同軸對稱)。
[0024]凸球面模具4包括凸球面體401和圓柱空腔體402，圓柱空腔體402套設在凸球面體401外，凸球面體401和圓柱空腔體402之間設置有第二毛細縫6，凸球面體401的頂端伸出圓柱空腔體402。
[0025]第一毛細縫5與第二毛細縫半徑6相同，當生長出圓管的長度達到預定的長度以后拉脫，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，第一毛細縫5與第二毛細縫半徑6相同。
[0026]凸球面體401的頂面為球面形狀，用于生長藍寶石試管的底部。
[0027]圓管模具3的第一毛細縫5與坩堝I的內(nèi)腔相連通，坩堝內(nèi)的熔液能進入毛細縫。
[0028]凸球面體401和圓柱空腔體402之間的第二毛細縫6與坩堝I的內(nèi)腔相連通。
[0029]圓管模具3和凸球面模具4的直徑為5 mm -50mm,依據(jù)時間試管的需求選擇