CN105386125A - 一种制备蓝宝石单晶体的控制方法 - Google Patents

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周森安
徐军
吴锋
唐慧丽
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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Abstract

本发明涉及一种制备蓝宝石单晶体的控制方法，该方法采用电阻式发热体加热，设置多个不同温度的加热区，装有蓝宝石单晶体生长物料的坩埚设置在加热区内，通过控制不同加热区的温度及温度变化以控制蓝宝石晶体的生长过程，每个加热区设置一个测温装置，测温装置把温度信号传递给面板上的温度控制仪表或控温显示屏，通过温度控制仪表或者控温显示屏控制蓝宝石晶体的生长过程，本发明通过不同温区的温度控制精确控制蓝宝石的晶体生长过程的优点，使得制备的蓝宝石单晶体结晶速度快、生长周期短、成品率高、产品成本低，制备的大尺寸蓝宝石单晶体能够满足一些大尺寸特殊光学窗口的要求。

Description

一种制备蓝宝石单晶体的控制方法
技术领域
本发明涉及大片状蓝宝石单晶体制备技术领域，具体的说是一种制备蓝宝石单晶体的控制方法。
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。蓝宝石单晶体的生长速度一直是制约蓝宝石生长成本居高不下的重要技术瓶颈。
目前，生长蓝宝石单晶体的方法有很多，诸如提拉法、泡生法、导模法、热交换法、温度梯度法、定向结晶法等。但这些方法生长蓝宝石单晶体时，都是通过控制电源输入功率来间接控制蓝宝石单晶体和熔融体界面处的温度，忽略了发热体电阻随温度的变化关系。仅依靠调节电源输入功率并不能及时响应和反馈蓝宝石单晶体和熔融体界面处的温度变化，导致不能实现蓝宝石单晶体的快速生长。要实现蓝宝石单晶体的快速生长，必须精确控制蓝宝石单晶体和熔融体界面处的温度。
发明内容
针对上述现有技术中仅依靠调节电源输入功率并不能及时响应和反馈蓝宝石单晶体和熔融体界面处的温度变化，导致不能实现蓝宝石单晶体的快速生长的缺陷，本发明提供一种制备蓝宝石单晶体的控制方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种制备蓝宝石单晶体的控制方法，该方法采用电阻式发热体加热，设置多个不同温度的加热区，装有蓝宝石单晶体生长物料的坩埚设置在加热区内，通过控制不同加热区的温度及温度变化以控制蓝宝石晶体的生长过程，每个加热区设置一个测温装置，测温装置把温度信号传递给面板上的温度控制仪表或控温显示屏，通过温度控制仪表或者控温显示屏控制蓝宝石晶体的生长过程，制备过程具体包括装料、关门、抽真空、通惰性气体、加热、调节各加热区温度、原料熔化、接种、启动移动装置、晶体生长、晶体生长结束、降温、打开炉门及取出晶体，整个结晶过程，通过调节不同加热区温度变化，控制晶体生长；
所述的电阻式发热体为钨发热体、钼发热体、石墨发热体或二硼化锆复合陶瓷发热体；
所述温度控制仪表有一块或多块；
所述控温显示屏上有一个温度显示模块或多个温度显示模块；
所述温度控制仪表的其中一套接线端通过补偿导线与温度传感器相连接，温度传感器为热电偶或光学测温仪表。
本发明的有益效果：
本发明提供的制备蓝宝石单晶体的控制方法，采用电阻式发热体加热，设置不同温区，通过控制不同温区的温度及温度变化控制蓝宝石晶体的生长过程，每个温区设置一个测温装置，测温装置把温度信号传递给面板上的温度控制仪表或者控温显示屏，通过温度控制仪表或者控温显示屏控制蓝宝石晶体的生长过程，通过不同温区的温度控制精确控制蓝宝石的晶体生长过程的优点，使得制备的蓝宝石单晶体结晶速度快、生长周期短、成品率高、产品成本低，制备的大尺寸蓝宝石单晶体能够满足一些大尺寸特殊光学窗口的要求。
附图说明
图1本发明控制面板外观示意图一；
图2本发明控制面板外观示意图二；
图3本发明显示屏外观示意图一；
图4本发明显示屏外观示意图二。
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。
实施例1
一种制备蓝宝石单晶体的控制方法，该方法采用钨发热体加热，设置多个不同温度的加热区，装有蓝宝石单晶体生长物料的坩埚设置在加热区内，通过控制不同加热区的温度及温度变化以控制蓝宝石晶体的生长过程，每个加热区设置一个测温装置，测温装置把温度信号传递给面板上的温度控制仪表，通过温度控制仪表控制蓝宝石晶体的生长过程，制备过程具体包括装料、关门、抽真空、通惰性气体、加热、调节各加热区温度、原料熔化、接种、启动移动装置、晶体生长、晶体生长结束、降温、打开炉门及取出晶体，整个结晶过程，通过调节不同加热区温度变化，控制晶体生长的最佳条件；所述温度控制仪表有一块；所述温度控制仪表的其中一套接线端通过补偿导线与温度传感器相连接，温度传感器为热电偶，控制面板外观示意图如图1所示。
实施例2
一种制备蓝宝石单晶体的控制方法，该方法采用钼发热体加热，设置多个不同温度的加热区，装有蓝宝石单晶体生长物料的坩埚设置在加热区内，通过控制不同加热区的温度及温度变化以控制蓝宝石晶体的生长过程，每个加热区设置一个测温装置，测温装置把温度信号传递给面板上的多个温度控制仪表，通过温度控制仪表控制蓝宝石晶体的生长过程，制备过程具体包括装料、关门、抽真空、通惰性气体、加热、调节各加热区温度、原料熔化、接种、启动移动装置、晶体生长、晶体生长结束、降温、打开炉门及取出晶体，整个结晶过程，通过调节不同加热区温度变化，控制晶体生长的最佳条件；所述温度控制仪表有3块；所述温度控制仪表的其中一套接线端通过补偿导线与温度传感器相连接，温度传感器为光学测温仪表，控制面板外观示意图如图2所示。
实施例3
一种制备蓝宝石单晶体的控制方法，该方法采用石墨发热体加热，设置多个不同温度的加热区，装有蓝宝石单晶体生长物料的坩埚设置在加热区内，通过控制不同加热区的温度及温度变化以控制蓝宝石晶体的生长过程，每个加热区设置一个测温装置，测温装置把温度信号传递给面板上的控温显示屏，通过控温显示屏控制蓝宝石晶体的生长过程，制备过程具体包括装料、关门、抽真空、通惰性气体、加热、调节各加热区温度、原料熔化、接种、启动移动装置、晶体生长、晶体生长结束、降温、打开炉门及取出晶体，整个结晶过程，通过调节不同加热区温度变化，控制晶体生长的最佳条件；所述控温显示屏上有一个温度显示模块，控制面板外观示意图如图3所示。
实施例4
一种制备蓝宝石单晶体的控制方法，该方法采用二硼化锆复合陶瓷发热体加热，设置多个不同温度的加热区，装有蓝宝石单晶体生长物料的坩埚设置在加热区内，通过控制不同加热区的温度及温度变化以控制蓝宝石晶体的生长过程，每个加热区设置一个测温装置，测温装置把温度信号传递给面板上的控温显示屏，通过控温显示屏控制蓝宝石晶体的生长过程，制备过程具体包括装料、关门、抽真空、通惰性气体、加热、调节各加热区温度、原料熔化、接种、启动移动装置、晶体生长、晶体生长结束、降温、打开炉门及取出晶体，整个结晶过程，通过调节不同加热区温度变化，控制晶体生长的最佳条件；所述控温显示屏上有3个温度显示模块，控制面板外观示意图如图4所示。
本发明的整个结晶过程，通过调节不同温区温度变化，探索晶体生长的最佳条件，根据最佳条件，实现晶体生长速度最佳，成品率最佳，成本最佳，节能最佳效果。本发明通过不同温区的温度控制精确控制蓝宝石的晶体生长过程的优点，使得制备的蓝宝石单晶体结晶速度快、生长周期短、成品率高、产品成本低，制备的大尺寸蓝宝石单晶体能够满足一些大尺寸特殊光学窗口的要求。

Claims (5)

1.一种制备蓝宝石单晶体的控制方法，其特征在于：该方法采用电阻式发热体加热，设置多个不同温度的加热区，装有蓝宝石单晶体生长物料的坩埚设置在加热区内，通过控制不同加热区的温度及温度变化以控制蓝宝石晶体的生长过程，每个加热区设置一个测温装置，测温装置把温度信号传递给面板上的温度控制仪表或控温显示屏，通过温度控制仪表或者控温显示屏控制蓝宝石晶体的生长过程，制备过程具体包括装料、关门、抽真空、通惰性气体、加热、调节各加热区温度、原料熔化、接种、启动移动装置、晶体生长、晶体生长结束、降温、打开炉门及取出晶体，整个结晶过程，通过调节不同加热区温度变化，控制晶体生长。
2.如权利要求1所述的制备蓝宝石单晶体的控制方法，其特征在于：所述的电阻式发热体为钨发热体、钼发热体、石墨发热体或二硼化锆复合陶瓷发热体。
3.如权利要求1所述的制备蓝宝石单晶体的控制方法，其特征在于：所述温度控制仪表有一块或多块。
4.如权利要求1所述的制备蓝宝石单晶体的控制方法，其特征在于：所述控温显示屏上有一个温度显示模块或多个温度显示模块。
5.如权利要求1所述的制备蓝宝石单晶体的控制方法，其特征在于：所述温度控制仪表的其中一套接线端通过补偿导线与温度传感器相连接，温度传感器为热电偶或光学测温仪表。
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