CN111002494B - 一种用于热交换法蓝宝石晶锭加工的定向方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于热交换法蓝宝石晶锭加工的定向方法，涉及晶锭加工的技术领域，解决了现有技术操作繁琐且损耗大的技术问题。该方法是根据晶锭生长方向设计一轴向与晶锭生长方向一致的定向装置，然后利用定向装置进行以下操作：将定向装置置于板料上，并使其轴向与晶锭生长方向一致，根据定向装置的轴向找出与其垂直的划线方向；根据划线方向及与划线方向垂直的方向确定四个切割点；根据这四个切割点之间的连线对板料进行切割以得到晶块。本发明还公开了一种用于热交换法蓝宝石晶锭加工的定向装置。本发明实用性高、操作简易快捷，不仅减少了上下机的次数，还减少了板料的损耗，提高了晶锭的利用率，省时省工且效率高。

Description

一种用于热交换法蓝宝石晶锭加工的定向方法及其装置

技术领域

本发明涉及晶锭加工的技术领域，更具体地说，它涉及一种用于热交换法蓝宝石晶锭加工的定向方法及其装置。

背景技术

通过热交换法生长蓝宝石晶体时，由于AL₂O₃原料在坩埚内部完全熔化后再经过物理变化，使AL₂O₃原料在坩埚内重新凝固结晶。生长完成的蓝宝石晶锭底部及四周均与坩埚贴合，需将坩埚敲碎后才能取出晶锭。因此，蓝宝石晶锭具有形状规则的特点，如图1所述。其中，图1中标识的箭头方向表示晶锭生长方向。

蓝宝石单晶具有各向异性的特点，不同晶向的物理特性也有所区别，对应的晶体用途也不相同。而蓝宝石单晶的晶向是基于X射线衍射原理测定对应的布拉格角度θ，晶向不同对应的角度θ值也不同。在实际生产中，若将完整的晶锭1加工成如图2所示的晶块2，其加工流程如下：

(1)定向；(2)开方；(3)划线定向；(4)切割；(5)检测；(6)切割；(7)磨成型。

其中，图2中位于平面①、平面②、平面③上的箭头分别表示第一法向、第二法向、第三法向；第一法向垂直于平面①，且第一法向为由晶块2内部指向外部的直线方向；第二法向垂直于平面②，且第二法向为由晶块2内部指向外部的直线方向；第三法向垂直于平面③，且第三法向由晶块2内部指向外部的直线方向。此外，三个法向还需满足如下要求：

(一)图2中第三法向与图1中的晶锭生长方向一致；

(二)图2中的第一法向与第二法向垂直、第一法向与第三法向垂直、第二法向与第三法向垂直；

(三)图2中的三个法向与蓝宝石单晶的三个不同晶向的标准角度θ值的偏差范围在±2°内。

而晶锭1的加工工序中的具体操作为：

(1)定向工序：根据晶锭1的特性，借助测量仪在晶锭1上定向找到如图3所示中的晶向C，然后借助直角尺找到与晶向C垂直的晶向M，并分别做好划线标识。

(2)开方工序：将晶锭1侧立，并进行开方加工，加工出如图3所示的板料3，图3中上下两块为边角料4。其中，板料3的立体形状如图4所示。

(3)划线定向工序：由于晶锭1是自下而上的生长，上表面凝固凹凸不平整，无法直接作为基准平面；且晶锭1生长过程中，因在底部高温下的支撑物产生形变，也无法直接作为基准平面。所以标识了如图5所示的晶向A，而晶向A对应图1中箭头所示的晶锭生长方向。划线定向的办法是在板料3左右两侧借助量尺各标记出如图5中所示的P1点和P2点，且使这两个点距晶锭1上表面的距离近似相等。将P1点和P2点连线，并以直线P1P2作为切割的方向。

(4)切割工序：沿直线P1P2切割出条状板料5。

(5)检测工序：将条状板料5放上定向仪，以在切割工序中切割出来的平面P1P2作为测量面测其晶向；然后观察第三法向在晶向A的标准角度θ偏差±2°的范围内是否有起峰点，以此判断第三法向是否符合晶向A要求。

当有起峰点时，表示第三法向达到单晶的晶向A的要求。在条状板料5上标出P3点、P4点，并使P1P4⊥P3P4、P3P4⊥P2P3，然后重新上机，以直线P3P4、P1P4、P2P3作为切割线进行切割，如图6所示。最后进行磨成型工序即可。

当无起峰点时，表示第三法向未达到单晶的晶向A要求。在定向仪上旋转条状板料5找到晶向A最高起峰点，计算条状板料5实际起峰角度值与晶向A标准角度θ值的差值R。使用角度尺调出R值角度，以平面P1P2为基准旋转R作出如图7所示的P5点，沿直线P1P5切割出新的条状板料5，再重复检测工序，直至条状板料5符合要求，然后进行切割磨削工序即可。

传统的对板料的划线定向方式不准确，切割出平面P1P2后还经常需要再次进行上机切除部分材料以使平面P1P2与晶向A垂直，导致了重复的工序较多，不仅操作繁琐浪费时间，还使得板料的损耗量大，增加了成本。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有技术的不足，目的一是提供一种用于热交换法蓝宝石晶锭加工的定向方法，操作简易快捷且减少了板料的损耗。

目的二是提供一种用于热交换法蓝宝石晶锭加工的定向装置，操作简易快捷且减少了板料的损耗。

为实现上述目的一，本发明提供了一种用于热交换法蓝宝石晶锭加工的定向方法，根据晶锭生长方向设计一轴向与所述晶锭生长方向一致的定向装置，然后利用所述定向装置进行以下步骤：

步骤一、将所述定向装置置于板料上，并使其轴向与所述晶锭生长方向一致，根据所述定向装置的轴向找出与其垂直的划线方向；

步骤二、根据所述划线方向及与划线方向垂直的方向确定第一切割点、第二切割点、第三切割点和第四切割点；

步骤三、根据所述第一切割点、第二切割点、第三切割点和第四切割点之间的连线对板料进行切割以得到。

作进一步的改进，步骤二，具体包括：

根据所述划线方向作出第一标志划线，将所述第一标志划线分别平移向板料的两端，且移动至最优切割处，以分别位于所述板料两端的第一标志划线作为第一切割线和第三切割线；

根据所述与划线方向垂直的方向作出第二标志划线，将所述第二标志划线分别沿板料的两侧进行移动，且移动至最优切割处，以分别位于所述板料两侧的第二标志划线作为第二切割线和第四切割线；

所述第一切割线和第二切割线的交点为第二切割点，所述第二切割线和第三切割线的交点为第三切割点，所述第三切割线和第四切割线的交点为第四切割点，所述第四切割线和第一切割线的交点为第一切割点。

进一步的，所述最优切割处为在该处切割后的可利用平面面积最大。

更进一步的，将所述定向装置置于板料上时，所述定向装置完全吻合的贴合在板料的侧壁上，且所述定向装置贴合在板料的侧壁时，其轴向与所述晶锭生长方向一致。

更进一步的，所述定向装置与板料侧壁贴合的面的形状根据板料侧壁的固有参数确定，所述固有参数包括板料侧壁的弧度及其直身位斜度。

为实现上述目的二，本发明提供了一种用于热交换法蓝宝石晶锭加工的定向装置，包括定位块和钢尺，所述钢尺安装在定位块的端面上，且所述钢尺与定位块的端面位于同一水平面上，所述钢尺与定位块的轴向垂直布置，与所述钢尺布置方向一致的定位块一侧的形状与板料的侧壁形状一致。

作进一步的改进，所述定位块的另一侧与定位块的轴向平行。

进一步的，所述钢尺通过铰链与定位块铰接连接。

更进一步的，所述钢尺焊接在铰链的下方。

更进一步的，所述定位块的端面与侧面的连接处设有一切槽。

有益效果

本发明的优点在于：将侧面形状与板料侧壁形状一致的定位块贴合在板料的侧壁上，与定位块端面垂直的方向即为与晶锭生长方向垂直的方向，然后使用一与定位块端面垂直的钢尺在板料上进行划线，根据划线找出切割线即可。其划线定向准确，操作简单且实用，减少了上下机的次数，提高了工作效率。此外，以切割后的可利用平面面积最大的方式来确定切割线，有效的减少了切割下来的角料，提高了晶锭的实际利用率。

附图说明

图1为晶锭的结构示意图；

图2为晶块的结构示意图；

图3为开方后的晶锭示意图；

图4为板料的立体示意图；

图5为沿直线P1P2切割后的板料示意图；

图6为切割完成后的板料示意图；

图7为检测不合格的条状板料重新划线后的示意图；

图8为本发明的定向装置的结构示意图；

图9为本发明的定向装置安装完成后的俯视图；

图10为本发明的定向装置安装完成后的立体示意图。

其中：1-晶锭、2-晶块、3-板料、4-边角料、5-条状板料、6-定位块、7-钢尺、8-铰链、9-切槽。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明作进一步的描述，但不构成对本发明的任何限制，任何人在本发明权利要求范围所做的有限次的修改，仍在本发明的权利要求范围内。

参阅图8-图10，本发明的一种用于热交换法蓝宝石晶锭加工的定向方法，根据晶锭生长方向设计一轴向与晶锭生长方向一致的定向装置，然后利用定向装置进行以下步骤：

步骤一、将定向装置置于板料3上，并使其轴向与晶锭生长方向一致，根据定向装置的轴向找出与其垂直的划线方向。通过设计好的定向装置将与晶锭生长方向垂直的划线方向找出，可有效的提高后续对板料3的切割精度，避免现有技术中直接通过量尺确定切割线导致切割线偏移，不与晶锭生长方向垂直的问题。具体的，将定向装置置于板料3上时，定向装置完全吻合的贴合在板料3的侧壁上，且定向装置贴合在板料3的侧壁时，其轴向与晶锭生长方向一致，以使作出的划线更加准确。该定向装置与板料3侧壁贴合的面的形状根据板料3侧壁的固有参数确定，固有参数包括板料3侧壁的弧度及其直身位斜度，以使定位块6与板料3侧壁贴合连接时，与定位块6端面垂直的方向即为划线方向。

步骤二、根据划线方向及与划线方向垂直的方向确定第一切割点、第二切割点、第三切割点和第四切割点。其中，第一切割点为P1点，第二切割点为P2点，第三切割点为P3点，第四切割点为P4点。并且，通过这四个点所确定的切割线进行切割，使得切割出来的晶块2最大。具体包括：根据划线方向作出第一标志划线，将第一标志划线分别平移向板料3的两端，且移动至最优切割处，以分别位于板料3两端的第一标志划线作为第一切割线和第三切割线；根据与划线方向垂直的方向作出第二标志划线，将第二标志划线分别沿板料3的两侧进行移动，且移动至最优切割处，以分别位于板料3两侧的第二标志划线作为第二切割线和第四切割线；第一切割线和第二切割线的交点为第二切割点，第二切割线和第三切割线的交点为第三切割点，第三切割线和第四切割线的交点为第四切割点，第四切割线和第一切割线的交点为第一切割点，从而确定了切割点P1、P2、P3、P4。其中，最优切割处为在该处切割后的可利用平面面积最大，以确保最后切割出来的晶块2的使用率最高，从而减少了板料3的浪费。

步骤三、根据第一切割点、第二切割点、第三切割点和第四切割点之间的连线对板料3进行切割以得到晶块2。

本定向方法可直接将垂直于晶锭生长方向的直线和平行于晶锭生长方向的直线一并划出，并以这两条直线为基准确定切割线即可。其划线定向准确，操作简单且实用，还减少了上下机的次数，提高了工作效率。此外，通过可利用平面面积最大的方式确定切割线，有效的减少了切割下来的角料，提高了晶锭1的实际利用率。

一种用于热交换法蓝宝石晶锭加工的定向装置，包括定位块6和钢尺7。钢尺7安装在定位块6的端面上，且钢尺7与定位块6的端面位于同一水平面上，钢尺7与定位块6的轴向垂直布置。与钢尺7布置方向一致的定位块6一侧的形状与板料3的侧壁形状一致。使用时，将定位块6与板料3的侧壁完全贴合后，与定位块6端面垂直的方向即为与晶锭生长方向垂直的方向，然后使用一与定位块6端面垂直的钢尺7在板料3上进行划线即可，易于操作。其定向速度快且准确，有效的减少了板料3的损耗。本实施例的定位块6的另一侧与定位块6的轴向平行布置。即将定位块6上与贴合面相对的面作为参考面，以使在定位划线过程中更加快速准确的进行划线，有利于提高工作效率。

钢尺7通过铰链8与定位块6铰接连接，以使钢尺7可转动的安装在定位块6上，使本定向装置的适用性更强，可满足不同规格尺寸的晶块2加工。具体的，铰链8的一侧通过固定螺钉安装在定位块6的端面上，钢尺7焊接在铰链8的另一侧。一是使钢尺7可从定位块6上拆卸下来，易于维护更换；另外是使钢尺7有效的固定在铰链8上，保证钢尺7的垂直度。钢尺7焊接在铰链8的下方，以使钢尺7更加有效的贴在板料3的表面，提高划线的准确度。优选的，定位块6的端面与侧面的连接处设有一切槽9。通过切槽9可使钢尺7向下进行摆动，大大的提高了本定向装置的适用性。

本实施例的定向装置是将晶向A作为晶锭生长方向进行定位，但晶锭生长方向不仅限于晶向A，还可以是晶向M或晶向C。因此，当晶锭生长方向为晶向M或晶向C时，也可以通过本定向装置进行定位，其操作过程与通过晶向A的操作过程一致。

本发明的工作原理是：将定位块6完全贴合在板料3的侧面上，并使钢尺7贴合在板料3的端面上，通过划笔沿钢尺7水平的一侧划线，同时在钢尺7垂直的一侧划线。使用量尺将两条划线进行平移，并确定切割线，根据切割线进行切割即可。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。

Claims (4)

1.一种用于热交换法蓝宝石晶锭加工的定向方法，其特征在于，根据晶锭生长方向设计一轴向与所述晶锭生长方向一致的定向装置，然后利用所述定向装置进行以下步骤：

步骤一、将所述定向装置置于板料(3)上，并使其轴向与所述晶锭生长方向一致，根据所述定向装置的轴向找出与其垂直的划线方向；将所述定向装置置于板料(3)上时，所述定向装置完全吻合的贴合在板料(3)的侧壁上，且所述定向装置贴合在板料(3)的侧壁时，其轴向与所述晶锭生长方向一致；

步骤二、根据所述划线方向及与划线方向垂直的方向确定第一切割点、第二切割点、第三切割点和第四切割点；

步骤三、根据所述第一切割点、第二切割点、第三切割点和第四切割点之间的连线对板料(3)进行切割以得到晶块(2)。

2.根据权利要求1所述的一种用于热交换法蓝宝石晶锭加工的定向方法，其特征在于，步骤二，具体包括：

根据所述划线方向作出第一标志划线，将所述第一标志划线分别平移向板料(3)的两端，且移动至最优切割处，以分别位于所述板料(3)两端的第一标志划线作为第一切割线和第三切割线；

根据所述与划线方向垂直的方向作出第二标志划线，将所述第二标志划线分别沿板料(3)的两侧进行移动，且移动至最优切割处，以分别位于所述板料(3)两侧的第二标志划线作为第二切割线和第四切割线；

所述第一切割线和第二切割线的交点为第二切割点，所述第二切割线和第三切割线的交点为第三切割点，所述第三切割线和第四切割线的交点为第四切割点，所述第四切割线和第一切割线的交点为第一切割点。

3.根据权利要求2所述的一种用于热交换法蓝宝石晶锭加工的定向方法，其特征在于，所述最优切割处为在该处切割后的可利用平面面积最大。

4.根据权利要求1所述的一种用于热交换法蓝宝石晶锭加工的定向方法，其特征在于，所述定向装置与板料(3)侧壁贴合的面的形状根据板料(3)侧壁的固有参数确定，所述固有参数包括板料(3)侧壁的弧度及其直身位斜度。

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