CN107190310A - 一种高装填密度的单晶组合原料成型工艺设计 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高装填密度的单晶组合原料成型工艺设计，包括以下步骤：1)绘制坩埚内壁立体图，2)计算坩埚理论容积，3)对单晶材料进行物性分析，4)确定需要装填的单晶原料重量，5)坩埚内部空间的立体拆分方式确认，6)测试单晶原料粉体成型参数与建立数据库，7)成型工艺方案确认与工艺计算，8)选择模具类型，9)选择成型设备，10)编制成型工艺卡。本发明公开的一种高装填密度的单晶组合原料成型工艺设计，设计过程合理科学，过程简单可控，单晶原料的成型生产容易实现；同时单晶组合原料依据实际坩埚尺寸进行设计，使用方便，无间隙，装填密度大，实现了单晶原料的有序装填，促进单晶生长的标准化操作，提高了设备使用率；具备显著的社会效益和经济效益。

Description

一种高装填密度的单晶组合原料成型工艺设计
技术领域
本发明涉及一种高装填密度的单晶组合原料成型工艺设计，特别适用于处理坩埚内径大于200毫米的高装填密度的单晶组合原料成型工艺设计。
背景技术
目前，已知的通过原料熔融进行单晶生长的工艺中所使用的原料为：粉料、颗粒料、饼料、碎晶料。为了获得较高的原料装填密度和较高的坩埚使用率，一般使用密度较大颗粒料、饼料和碎晶料。但是由于原料的尺寸和形状限制，造成装填过程中原料局部或整体的无序堆积，导致了装填密度的不可控性，造成装填原料重量的不稳定性；同时由于原料无序堆积之间的间隙存在，影响了原料装填密度的提高，导致坩埚使用率低。众所周知，单晶生长过程需要高昂的成本和精确的工艺参数控制。由于原料装填重量和体积的不稳定性，最终导致工艺参数的重现性差，不但影响了单晶生长工艺的标准化，而且严重影响最终的单晶质量。现有的单晶原料成型工艺难以解决这些问题，不能满足客户单晶原料有序装填、单晶生长标准化和提高坩埚使用率的要求。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种高装填密度的单晶组合原料成型工艺设计。
本发明通过以下的技术方案来具体实施：
一种高装填密度的单晶组合原料成型工艺设计，包括以下步骤：1)绘制坩埚内壁立体图，2)计算坩埚理论容积，3)对单晶材料进行物性分析，4)确定需要装填的单晶原料重量，5)坩埚内部空间的立体拆分方式确认，6)测试单晶原料粉体成型参数与建立数据库，7)成型工艺方案确认与工艺计算，8)选择模具类型，9)选择成型设备，10)编制成型工艺卡。
一种优选的技术方案，其特征在于：步骤4中装填单晶原料的重量小于坩埚理论最大装填量的18-22％。
一种优选的技术方案，其特征在于：步骤5中坩埚内部空间的立体拆分包括分层拆分与单层拆分，实现等体积分层拆分和等体积单层拆分。
一种优选的技术方案，其特征在于：步骤6中单晶原料粉体成型测试的参数包括原料粉体的粒度参数、线收缩参数、体积收缩参数、压制方式、压制时间、烧结温度、烧结时间以及相互影响参数。
一种优选的技术方案，其特征在于：步骤8中模具选择刚性模具和柔性模具组合使用。
本发明的优点：
本发明公开的一种高装填密度的单晶组合原料成型工艺设计，设计过程合理科学，过程简单可控，单晶原料的成型生产容易实现；同时单晶组合原料依据实际坩埚尺寸进行设计，使用方便，无间隙，装填密度大，实现了单晶原料的有序装填，促进单晶生长的标准化操作，提高了设备使用率；具备显著的社会效益和经济效益。
具体实施方式
下面以装填内径大于200毫米圆柱形坩埚的蓝宝石单晶组合原料成型工艺设计为例，对本发明的工艺设计方法进行详细的描述，借此对本发明如何解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。
实施例
高装填密度组合原料成型工艺设计步骤如下：
1)绘制坩埚内壁立体图，2)计算坩埚理论容积，3)对单晶材料进行物性分析，4)确定需要装填的单晶原料重量，5)坩埚内部空间的立体拆分方式确认，6)测试单晶原料粉体成型参数与建立数据库，7)成型工艺方案确认与工艺计算，8)选择模具类型，9)选择成型设备，10)编制成型工艺卡。
进一步的，步骤3中对蓝宝石单晶原料氧化铝进行物性分析并确定氧化铝熔体密度和热膨胀系数为关键影响因素。
进一步的，步骤4中根据氧化铝熔体密度为基础计算坩埚的最大理论装填量，减小20％的装填重量为安全余量，确定需要装填的单晶原料重量。
进一步的，步骤5中确定坩埚内部空间的立体等体积拆分层数，单层等体积拆分个数，从而确定氧化铝原料成型后的形状、重量和体积。
进一步的，步骤6中测试氧化铝原料粉体成型参数并建立数据库，确定粒度参数、线收缩参数、体积收缩参数、压制方式、压制时间、烧结温度、烧结时间的相互关系，建立数据库。
进一步的，步骤7中根据步骤6的数据库确定一种氧化铝原料优选的成型工艺方案，计算成型的模具尺寸、成型设备工作压力。
进一步的，步骤8中选择柔性模具嵌套于刚性模具中的组合模具方案，保证成型尺寸精确的前提下减少材料污染。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种高装填密度的单晶组合原料成型工艺设计，其特征在于：包括以下步骤：1)绘制坩埚内壁立体图，2)计算坩埚理论容积，3)对单晶材料进行物性分析，4)确定需要装填的单晶原料重量，5)坩埚内部空间的立体拆分方式确认，6)测试单晶原料粉体成型参数与建立数据库，7)成型工艺方案确认与工艺计算，8)选择模具类型，9)选择成型设备，10)编制成型工艺卡。
2.根据权利要求1所述的一种高装填密度的单晶组合原料成型工艺设计，其特征在于：步骤3中对单晶材料的物性分析包括单晶的密度、单晶熔体的密度、单晶的热膨胀系数和单晶材料的熔点的分析。
3.根据权利要求1所述的一种高装填密度的单晶组合原料成型工艺设计，其特征在于：步骤4中需要装填的单晶原料重量比坩埚的最大理论装填量小15％-25％。
4.根据权利要求1所述的一种高装填密度的单晶组合原料成型工艺设计，其特征在于：步骤5中坩埚内部空间的立体拆分包括空间分层拆分和单层拆分。
5.根据权利要求1所述的一种高装填密度的单晶组合原料成型工艺设计，其特征在于：步骤6中单晶原料粉体成型参数的测试包括原料粉体的粒度参数、线收缩参数、体积收缩参数、压制方式、压制时间、烧结温度、烧结时间以及相互影响参数测试。
6.根据权利要求1所述的一种高装填密度的单晶组合原料成型工艺设计，其特征在于：步骤8中选择的模具包括刚性模具和柔性模具。
7.根据权利要求1所述的一种高装填密度的单晶组合原料成型工艺设计，其特征在于：步骤9中选择的成型设备包括液压设备和等静压设备。
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