CN105369345A - 一种用于制备蓝宝石单晶体的坩埚和制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于制备蓝宝石单晶体的坩埚和制备方法，该坩埚包括顶端开口的坩埚本体及与坩埚本体相匹配的顶盖，所述顶盖与坩埚本体底部平行，且坩埚本体可相对顶盖所在平面平行移动，所述坩埚本体由方形主体与三角端部对接组成，三角端部的尖端设有顶尖，顶尖内可放置籽晶，方形主体及三角端部内可放置晶体生长物料；采用顶盖可防止发热体损坏时或者其他物质掉到坩埚本体内时影响蓝宝石单晶体的质量，坩埚本体从熔融区移动到结晶区时，已生长好的蓝宝石单晶体暴漏在结晶区的低温空间内；使制备的蓝宝石单晶体具有热交换均匀充分的优点，可减少制备的蓝宝石单晶体的退火时间，减短蓝宝石单晶体的制备周期，降低蓝宝石单晶体的生产成本。

Description

一种用于制备蓝宝石单晶体的坩埚和制备方法
技术领域
本发明涉及大片状蓝宝石单晶体制备技术领域，具体的说是一种用于制备蓝宝石单晶体的坩埚和制备方法。
背景技术
蓝宝石α-Al2O3单晶体具有优良的光学、力学、热学、介电、耐腐蚀等性能，在可见和红外波段具有较高的透光率以及较宽的透过带，与众多其他光学窗口材料相比，有更加稳定的化学性能和热力学性能，如抗酸碱腐蚀，耐高温，高硬度、高拉伸强度、高热导率和显著的抗热冲击性。上述性质使得蓝宝石材料被广泛应用于宽禁带半导体材料如氮化镓的衬底、飞秒激光器基质材料、军事红外窗口、航空航天中波透红外窗口材料等方面，涉及到科学技术、国防与民用工业等诸多领域。
目前，水平区熔法生长蓝宝石单晶体时采用的是一体化坩埚，长好的蓝宝石单晶体在封闭的坩埚内退火冷却，和环境热交换不均匀充分，降温较慢，导致生产蓝宝石单晶体的生产周期较长，生产成本较高。
发明内容
针对上述现有技术中采用一体化坩埚使长好的蓝宝石单晶体在封闭的坩埚内和环境热交换不均匀充分，降温较慢，而导致生产蓝宝石单晶体的生产周期较长，生产成本较高等问题，本发明提供一种用于制备蓝宝石单晶体的坩埚和制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种用于制备蓝宝石单晶体的坩埚，该坩埚包括顶端开口的坩埚本体及与坩埚本体相匹配的顶盖，所述顶盖与坩埚本体底部平行，且坩埚本体可相对顶盖所在平面平行移动，所述坩埚本体由方形主体与三角端部对接组成，三角端部的尖端设有顶尖，顶尖内可放置籽晶，方形主体及三角端部内可放置晶体生长物料；
所述的坩埚本体及顶盖采用金属钨、金属钼、金属铱、金属铼、钨钼合金、钨铼合金或钼铼合金制备而成；
所述的顶盖上设有多根支撑杆；
所述的顶盖长200~3000mm，坩埚本体长200~3000mm，坩埚本体宽50~2000mm；
所述坩埚本体的底部设有水平轨道，坩埚本体在轨道上运动；
一种利用如上所述的坩埚制备蓝宝石单晶体的方法，包括以下步骤：
步骤一：将坩埚的顶盖水平固定在用于制备蓝宝石单晶体的炉膛内，并使顶盖的三角形尖端朝向坩埚本体移动的方向；
步骤二：在顶尖内放置籽晶，方形主体及三角端部内放置晶体生长物料，然后将坩埚本体移动至顶盖下部，使顶盖盖合在坩埚本体上；
步骤三：坩埚本体内的晶体生长物料被加热熔融生长蓝宝石单晶体，将坩埚本体内生长蓝宝石单晶体的部分水平移动至低温区，顶盖固定不动；
步骤四：坩埚本体内的晶体不断和低温区的气体进行热交换，晶体不断生长，直至坩埚本体内的物料全部长成晶体。
本发明的有益效果：
本发明提供的用于制备蓝宝石单晶体的坩埚和制备方法，通过将坩埚设计成由顶端开口的坩埚本体及与坩埚本体相匹配的顶盖的分体结构，且坩埚本体可相对顶盖所在平面平行移动，使用时，坩埚本体部分水平移动，顶盖不动；采用顶盖可防止发热体损坏时或者其他物质掉到坩埚本体内时影响蓝宝石单晶体的质量，坩埚本体从熔融区移动到结晶区时，已生长好的蓝宝石单晶体暴漏在结晶区的低温空间内；使制备的蓝宝石单晶体具有热交换均匀充分的优点，可减少制备的蓝宝石单晶体的退火时间，减短蓝宝石单晶体的制备周期，降低蓝宝石单晶体的生产成本。
附图说明
图1本发明坩埚结构示意图；
图2本发明长晶进行时坩埚使用状态图；
附图标记：1、方形主体，2、顶盖，3、三角端部，4、顶尖。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明做进一步的阐述。
如图所示：一种用于制备蓝宝石单晶体的坩埚，该坩埚包括顶端开口的坩埚本体及与坩埚本体相匹配的顶盖2，所述顶盖与坩埚本体底部平行，且坩埚本体可相对顶盖2所在平面平行移动，所述坩埚本体由方形主体1与三角端部3对接组成，三角端部3的尖端设有顶尖4，顶尖4内可放置籽晶，方形主体1及三角端部3内可放置晶体生长物料；所述的坩埚本体及顶盖2采用金属钨制备而成；所述的顶盖2上设有多根支撑杆，可有效防止高温下顶盖2变形；所述的顶盖2长200~3000mm，坩埚本体长200~3000mm，坩埚本体宽50~2000mm；所述顶盖与坩埚本体底部平行，且坩埚本体可相对顶盖2所在平面平行移动，坩埚本体被推出炉膛时，顶盖2留在炉膛内；所述坩埚本体的底部设有水平轨道，坩埚本体在轨道上运动；使用时，开动传动装置，传动杆顶住坩埚本体的底部，坩埚本体沿着轨道水平运动，坩埚本体内的晶体不断和低温区的气体进行热交换，晶体不断生长，直至坩埚本体内的物料全部长成晶体。
一种利用如上所述的坩埚制备蓝宝石单晶体的方法，包括以下步骤：
步骤一：将坩埚的顶盖2水平固定在用于制备蓝宝石单晶体的炉膛内，并使顶盖2的三角形尖端朝向坩埚本体移动的方向；
步骤二：在顶尖4内放置籽晶，方形主体1及三角端部3内放置晶体生长物料，然后将坩埚本体移动至顶盖2下部，使顶盖2盖合在坩埚本体上；
步骤三：坩埚本体内的晶体生长物料被加热熔融生长蓝宝石单晶体，将坩埚本体内生长蓝宝石单晶体的部分水平移动至低温区，顶盖2固定不动；
步骤四：坩埚本体内的晶体不断和低温区的气体进行热交换，晶体不断生长，直至坩埚本体内的物料全部长成晶体。
本发明通过将坩埚设计成由顶端开口的坩埚本体及与坩埚本体相匹配的顶盖的分体结构，且坩埚本体可相对顶盖所在平面平行移动，使用时，坩埚本体部分水平移动，顶盖不动；采用顶盖可防止发热体损坏时或者其他物质掉到坩埚本体内时影响蓝宝石单晶体的质量，坩埚本体从熔融区移动到结晶区时，已生长好的蓝宝石单晶体暴漏在结晶区的低温空间内；使制备的蓝宝石单晶体具有热交换均匀充分的优点，可减少制备的蓝宝石单晶体的退火时间，减短蓝宝石单晶体的制备周期，降低蓝宝石单晶体的生产成本。

Claims (6)

1.一种用于制备蓝宝石单晶体的坩埚，其特征在于：该坩埚包括顶端开口的坩埚本体及与坩埚本体相匹配的顶盖（2），所述顶盖与坩埚本体底部平行，且坩埚本体可相对顶盖（2）所在平面平行移动，所述坩埚本体由方形主体（1）与三角端部（3）对接组成，三角端部（3）的尖端设有顶尖（4），顶尖（4）内可放置籽晶，方形主体（1）及三角端部（3）内可放置晶体生长物料。
2.如权利要求1所述的用于制备蓝宝石单晶体的坩埚，其特征在于：所述的坩埚本体及顶盖（2）采用金属钨、金属钼、金属铱、金属铼、钨钼合金、钨铼合金或钼铼合金制备而成。
3.如权利要求1所述的用于制备蓝宝石单晶体的坩埚，其特征在于：所述的顶盖（2）上设有多根支撑杆。
4.如权利要求1所述的用于制备蓝宝石单晶体的坩埚，其特征在于：所述的顶盖（2）长200~3000mm，坩埚本体长200~3000mm，坩埚本体宽50~2000mm。
5.如权利要求1所述的用于制备蓝宝石单晶体的坩埚，其特征在于：所述坩埚本体的底部设有水平轨道，坩埚本体在轨道上运动。
6.一种利用如权利要求1所述的坩埚制备蓝宝石单晶体的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：将坩埚的顶盖（2）水平固定在用于制备蓝宝石单晶体的炉膛内，并使顶盖（2）的三角形尖端朝向坩埚本体移动的方向；
步骤二：在顶尖（4）内放置籽晶，方形主体（1）及三角端部（3）内放置晶体生长物料，然后将坩埚本体移动至顶盖（2）下部，使顶盖（2）盖合在坩埚本体上；
步骤三：坩埚本体内的晶体生长物料被加热熔融生长蓝宝石单晶体，将坩埚本体内生长蓝宝石单晶体的部分水平移动至低温区，顶盖（2）固定不动；
步骤四：坩埚本体内的晶体不断和低温区的气体进行热交换，晶体不断生长，直至坩埚本体内的物料全部长成晶体。
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