CN104088012B - 一种直接生长蓝宝石整流罩的设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直接生长蓝宝石整流罩的设备，包括机架、炉体、坩埚、以及毛细管导模，在机架的下方设有一旋转组件，所述旋转组件包括固定架、旋转电机以及传动杆，通过该旋转电机能够带动坩埚转动；在炉体上方设有一支架，在支架上设有一纵向移动机构和横向移动机构，所述横向移动机构与纵向移动机构相连，在横向移动机构上设有一力矩电机，在力矩电机的输出轴上设有一籽晶杆固定架，所述毛细管导模竖直设于炉体内，并通过固定夹具安装于坩埚上，其下端伸入坩埚内；在炉体顶部设有一供籽晶杆穿过的通孔，且籽晶杆能够在该通孔内横向移动。本发明能够有效降低加工难度，提高生产效率。

Description

一种直接生长蓝宝石整流罩的设备

技术领域

本发明涉及一种整流罩生产技术领域，尤其涉及一种直接生长蓝宝石整流罩的设备。

背景技术

蓝宝石作为光学材料，基于其在0.2-5μm 波段具有良好透光性及其优良的物理、化学、机械性能，使其越来广泛应用于红外军事装备、卫星的窗口材料。与其他同应用材料（MgF2、ZnS 等）相比，蓝宝石有着极高的机械强度、耐热性能好、耐化学腐蚀性好、在较宽波段（可见光、红外、微波）拥有良好的透波能，因此其应用越来越广。特别是近年来导弹技术的飞速发展，蓝宝石作为整流罩和窗口材料的优势体现得愈加明显，也对蓝宝石整流罩的品质要求越来越高，尺寸要求越来越大。但是，由于晶体习性、生长手段、成品率等原因的限制，高品质蓝宝石的生长难度较大，特别体现在大尺寸晶体方面。

目前，主流蓝宝石整流罩的制备流程是先利用不同的晶体生长单晶炉如泡生炉、提拉炉、毛细管导模法生长炉等生长出蓝宝石晶坯，然后将蓝宝石晶坯加工出半球形或锥形等形状的整流罩，这样制备蓝宝石整流罩不仅加工难度极高，加工量极大，坯料的浪费严重，而且成本也很高。所以低成本高质量地生长大尺寸蓝宝石整流罩单晶是当前面临的迫切任务。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于怎样解决现有蓝宝石整流罩加工难度大，加工精确度低，材料浪费多，并且生产成本高的问题，提供一种直接生长蓝宝石整流罩的设备，能够有效降低加工难度，提高生产效率。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是这样的：一种直接生长蓝宝石整流罩的设备，其特征在于：包括机架、炉体、坩埚、以及毛细管导模，所述炉体安装在机架上，坩埚安装在炉体内；在机架的下方设有一旋转组件，所述旋转组件包括固定架、旋转电机以及传动杆，所述传动杆竖直设置，其一端与旋转电机输出轴相连，另一端穿过炉体后与坩埚底部相连，通过该旋转电机能够带动坩埚转动；

在炉体上方设有一支架，在支架上设有一纵向移动机构和横向移动机构，所述横向移动机构与纵向移动机构相连，通过该纵向移动机构能够带动横向移动机构上下移动，在横向移动机构上设有一力矩电机，在力矩电机的输出轴上设有一籽晶杆固定架，通过该力矩电机能够带动籽晶杆固定架旋转；

所述毛细管导模竖直设于炉体内，并通过固定夹具安装于坩埚上，其下端伸入坩埚内，其中，所述毛细管导模的轴心线与传动杆的轴心线之间具有间距；在炉体顶部设有一供籽晶杆穿过的通孔，且籽晶杆能够在该通孔内横向移动。

进一步地，还包括一称重装置，所述称重装置与横向移动机构相连，通过横向移动机构能够带动称重装置横向移动；所述力矩电机安装于该称重装置下方，所述称重装置能够对力矩电机、籽晶杆固定架及安装在籽晶杆固定架上的籽晶杆称重。

进一步地，所述纵向移动机构包括一纵向移动电机和纵向设置于支架上的滑轨，所述纵向移动电机设于支架上方，其输出轴与一纵移丝杆相连，该纵移丝杆从上至下穿过支架；所述横向移动机构包括横向移动电机，该横向移动电机通过一连杆与纵向移动机构相连，其中，所述连杆中部开设有一与纵移丝杆相匹配的螺孔，该连杆的一端与横向移动电机相连，另一端通过一滑块与支架上的滑轨配合相连；

所述横向移动电机的输出轴与一横移丝杆相连，该横移丝杆上套设有一丝杆套筒，所述称重装置与该丝杆套筒相连；通过该横向移动电机能够带动称重装置横向移动。

进一步地，在炉体顶部的通孔处设有动密封结构。

进一步地，所述固定架由一竖杆以及与该竖杆两端相连的横杆构成，在竖杆上沿其长度方向设有一导轨，在固定架的下方设有一纵向位移电机，该纵向位移电机的输出轴与一竖直设置且从下至上穿过固定架的位移丝杆相连；所述旋转电机通过一位移拉杆与固定架相连，其中，所述位移拉杆中部开设有一与位移丝杆相匹配的螺孔，该位移拉杆的一端与旋转电机相连，另一端通过一滑块与固定架上的滑轨配合相连。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、通过纵向移动机构、横向移动机构以及旋转电机的配合，从而直接成型蓝宝石整流罩，从而降低加工难度，使加工更加方便、快捷。

2、整个生产过程采用自动化加工，从而极大的降低了工作量，并且能使加工精度更高，从而减少后续处理工作量，并使成品率更高。

3、整流罩直接成型，能够有效避免采用成型柱状晶体加工产生的浪费，并且通过称重装置对整流罩的重量进行监控，从而能进一步提高整流罩的加工精确度，降低整流罩的生产成本。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图中：1—机架，2—炉体，3—坩埚，4—毛细管导模，51—籽晶杆固定架，52—旋转电机，53—传动杆，6—支架，7—纵向移动电机，8—纵移丝杆，9—横向移动电机，10—连杆，11—称重装置，12—籽晶杆，13—动密封结构，14—位移电机，15—位移拉杆。

具体实施方式

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

实施例：参见图1，一种直接生长蓝宝石整流罩的设备，包括机架1、炉体2、坩埚3、以及毛细管导模4，所述炉体2安装在机架1上，坩埚3安装在炉体2内。具体实施时，该设备还包括一控制系统，通过该控制系统能够控制炉体2的炉膛温度，横向移动机构和纵向移动机构移动速度，以及力矩电机和旋转组件的转速，从而使成型的整流罩坯料更加接近整流罩，以减少后续加工处理，从而提高蓝宝石整流罩的生产速度与生产效率。

在机架1的下方设有一旋转组件，所述旋转组件包括固定架51、旋转电机52以及传动杆53，所述传动杆53竖直设置，其一端与旋转电机52输出轴相连，另一端穿过炉体2后与坩埚3底部相连，通过该旋转电机52能够带动坩埚3转动。所述固定架51由一竖杆以及与该竖杆两端相连的横杆构成，在竖杆上沿其长度方向设有一导轨，在固定架51的下方设有一纵向位移电机14，该纵向位移电机14的输出轴与一竖直设置且从下至上穿过固定架51的位移丝杆相连。所述旋转电机52通过一位移拉杆15与固定架51相连，其中，所述位移拉杆15中部开设有一与位移丝杆相匹配的螺孔，该位移拉杆15的一端与旋转电机52相连，另一端通过一滑块与固定架51上的滑轨配合相连。通过该位移电机14能够调整旋转电机52的位置，从而调整坩埚3的位置，进而调整毛细管导模4与籽晶杆12之间的间距，以能够进行有效地生长蓝宝石晶体。

在炉体2上方设有一支架6，在支架6上设有一纵向移动机构和横向移动机构，所述横向移动机构与纵向移动机构相连，通过该纵向移动机构能够带动横向移动机构上下移动，在横向移动机构上设有一力矩电机，在力矩电机的输出轴上设有一籽晶杆固定架51，通过该力矩电机能够带动籽晶杆固定架51旋转；安装时，籽晶杆12能够竖直安装于籽晶杆固定架51上，且力矩电机的输出轴轴心线与籽晶杆12轴心线重合，即能够使籽晶杆12绕其轴心线旋转。具体实施时，还包括一称重装置11，所述称重装置11与横向移动机构相连，通过横向移动机构能够带动称重装置11横向移动；所述力矩电机安装于该称重装置11下方，所述称重装置11能够对力矩电机、籽晶杆固定架51及安装在籽晶杆固定架51上的籽晶杆12称重。将籽晶杆12固定在籽晶杆固定架51上后，通过横向移动机构，能使籽晶杆12的轴心线与毛细管导模4的轴心线重合。

所述毛细管导模4竖直设于炉体2内，并通过固定夹具安装于坩埚3上，其下端伸入坩埚3内，其中，所述毛细管导模4的轴心线与传动杆53的轴心线之间具有间距；在炉体2顶部设有一供籽晶杆12穿过的通孔，且籽晶杆12能够在该通孔内横向移动。

所述纵向移动机构包括一纵向移动电机7和纵向设置于支架6上的滑轨，所述纵向移动电机7设于支架6上方，其输出轴与一纵移丝杆8相连，该纵移丝杆8从上至下穿过支架6。所述横向移动机构包括横向移动电机9，该横向移动电机9通过一连杆10与纵向移动机构相连，其中，所述连杆10中部开设有一与纵移丝杆8相匹配的螺孔，该连杆10的一端与横向移动电机9相连，另一端通过一滑块与支架6上的滑轨配合相连。所述横向移动电机9的输出轴与一横移丝杆相连，该横移丝杆上套设有一丝杆套筒，所述称重装置11与该丝杆套筒相连；通过该横向移动电机9能够带动称重装置11横向移动。

在炉体2顶部的通孔处设有动密封结构13，具体实施时，所述通孔为一条形孔，且其长度方向与横向移动电机9的输出轴轴向一致；在该通孔处设有密封圈，使籽晶杆12在旋转及横移过程中仍然保持炉体2内的真空度。

在生产过程中，将籽晶杆12竖直固定在称重装置11下方的籽晶杆固定架51上，然后控制横向移动机构和纵向移动机构，使籽晶杆12的下端与毛细管导模4的上端正对，并且籽晶杆12与毛细管导模4上端之间具有30—50mm的间隙。在坩埚3内加入蓝宝石晶体原料，控制炉体2对坩埚3进行加热，直至坩埚3内的籽晶熔化，当坩埚3内的籽晶熔化后，蓝宝石熔液随毛细管导模4向上移动，直至与籽晶杆12下端接触；在仔晶熔液向上移动的过程中，通过控制系统控制炉体2的炉膛温度，使炉膛的温度从下至上逐渐降低，从而使蓝宝石熔液在与耔晶杆接触后能够快速形成结晶。当蓝宝石熔液在籽晶杆12下端结晶后，通过纵向移动机构和横向移动机构逐渐向上移动并逐渐横向移动，控制力矩电机带动仔晶杆固定架51带动籽晶杆12旋转；这样，通过控制横向移动机构和纵向移动机构移动速度，以及力矩电机的转速；使籽晶熔液在籽晶杆12下端的结晶体边缘逐渐形成结晶，直至结晶体的形状、重量与预设整流罩的形状、重量一致，即整流罩坯料成型。或者，通过纵向移动机构逐渐向上移动，控制力矩电机带动仔晶杆固定架51带动籽晶杆12旋转，同时控制旋转电机52带动坩埚3转动；这样，通过控制纵向移动机构移动速度，力矩电机转速以及旋转组件的转速，使籽晶熔液在籽晶杆12下端的结晶体边缘逐渐形成结晶，直至结晶体的形状、重量与预设整流罩的形状、重量一致，即整流罩坯料成型。

在整流罩成型过程中，通过称重机构，实时监测结晶体的重量，并与预设值进行实时对比，从而使控制系统实时对横向移动机构和纵向移动机构移动速度，以及力矩电机和旋转组件的转速进行调整，以成型出最佳的整流罩坯料。

最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (3)

1. 一种直接生长蓝宝石整流罩的设备，其特征在于：包括机架、炉体、坩埚、以及毛细管导模，所述炉体安装在机架上，坩埚安装在炉体内；在机架的下方设有一旋转组件，所述旋转组件包括固定架、旋转电机以及传动杆，所述传动杆竖直设置，其一端与旋转电机输出轴相连，另一端穿过炉体后与坩埚底部相连，通过该旋转电机能够带动坩埚转动；

在炉体上方设有一支架，在支架上设有一纵向移动机构和横向移动机构，所述横向移动机构与纵向移动机构相连，通过该纵向移动机构能够带动横向移动机构上下移动，在横向移动机构上设有一力矩电机，在力矩电机的输出轴上设有一籽晶杆固定架，通过该力矩电机能够带动籽晶杆固定架旋转；

所述毛细管导模竖直设于炉体内，并通过固定夹具安装于坩埚上，其下端伸入坩埚内，其中，所述毛细管导模的轴心线与传动杆的轴心线之间具有间距；在炉体顶部设有一供籽晶杆穿过的通孔，且籽晶杆能够在该通孔内横向移动；

还包括一称重装置，所述称重装置与横向移动机构相连，通过横向移动机构能够带动称重装置横向移动；所述力矩电机安装于该称重装置下方，所述称重装置能够对力矩电机、籽晶杆固定架及安装在籽晶杆固定架上的籽晶杆称重；

所述纵向移动机构包括一纵向移动电机和纵向设置于支架上的滑轨，所述纵向移动电机设于支架上方，其输出轴与一纵移丝杆相连，该纵移丝杆从上至下穿过支架；所述横向移动机构包括横向移动电机，该横向移动电机通过一连杆与纵向移动机构相连，其中，所述连杆中部开设有一与纵移丝杆相匹配的螺孔，该连杆的一端与横向移动电机相连，另一端通过一滑块与支架上的滑轨配合相连；

所述横向移动电机的输出轴与一横移丝杆相连，该横移丝杆上套设有一丝杆套筒，所述称重装置与该丝杆套筒相连；通过该横向移动电机能够带动称重装置横向移动。

2. 根据权利要求1所述的一种直接生长蓝宝石整流罩的设备，其特征在于：在炉体顶部的通孔处设有动密封结构。

3. 根据权利要求1所述的一种直接生长蓝宝石整流罩的设备，其特征在于：所述固定架由一竖杆以及与该竖杆两端相连的横杆构成，在竖杆上沿其长度方向设有一导轨，在固定架的下方设有一纵向位移电机，该纵向位移电机的输出轴与一竖直设置且从下至上穿过固定架的位移丝杆相连；所述旋转电机通过一位移拉杆与固定架相连，其中，所述位移拉杆中部开设有一与位移丝杆相匹配的螺孔，该位移拉杆的一端与旋转电机相连，另一端通过一滑块与固定架上的导轨配合相连。