CN113737273A - 球罩窗口的制备装置及制备方法 - Google Patents
球罩窗口的制备装置及制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113737273A CN113737273A CN202111113311.5A CN202111113311A CN113737273A CN 113737273 A CN113737273 A CN 113737273A CN 202111113311 A CN202111113311 A CN 202111113311A CN 113737273 A CN113737273 A CN 113737273A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- crucible
- horizontal plane
- window
- mold
- horizontal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 31
- 238000013519 translation Methods 0.000 claims abstract description 75
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims abstract description 39
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 20
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 32
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 18
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 15
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 13
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 13
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 8
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 8
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 claims description 7
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 6
- 239000012467 final product Substances 0.000 claims description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 8
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 5
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 5
- 239000000047 product Substances 0.000 description 5
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 4
- 238000011031 large-scale manufacturing process Methods 0.000 description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 239000007770 graphite material Substances 0.000 description 2
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 238000012805 post-processing Methods 0.000 description 2
- 238000003672 processing method Methods 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 1
- 239000002210 silicon-based material Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 210000002268 wool Anatomy 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
- C30B15/34—Edge-defined film-fed crystal-growth using dies or slits
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B28/00—Production of homogeneous polycrystalline material with defined structure
- C30B28/04—Production of homogeneous polycrystalline material with defined structure from liquids
- C30B28/10—Production of homogeneous polycrystalline material with defined structure from liquids by pulling from a melt
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/02—Elements
- C30B29/06—Silicon
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/02—Elements
- C30B29/08—Germanium
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
本公开提供一种球罩窗口的制备装置及制备方法。球罩窗口的制备装置包括坩埚、模具、加热机构、夹持机构以及提拉机构，坩埚具有内腔；加热机构围绕坩埚；模具放置在坩埚内，模具具有狭缝，狭缝沿竖直方向贯通模具，狭缝在模具底部连通内腔，狭缝在水平面的第一水平方向上延伸，模具具有在与第一水平方向垂直的第二水平方向上的中心线，狭缝相对模具的中心线对称；夹持机构用于夹持籽晶；提拉机构连接于夹持机构，能够水平平移、竖直平移以及旋转，以使夹持机构夹持的籽晶在狭缝处引晶、并同时进行水平平移、竖直平移以及旋转，水平平移的方向为第二水平方向，竖直平移的方向为垂直于水平面的竖直方向，旋转围绕籽晶的自身轴线在水平面内进行。
Description
技术领域
本公开涉及晶体制备领域，尤其涉及一种球罩窗口的制备装置及制备方法。
背景技术
光学球罩(也称为球罩窗口)主要用于保护精密仪器、相机等在特殊环境下使用下的光学窗口。相对于普通球罩窗口，球罩窗口磨削掉量更大，加工难度更高。普通的加工技术需要将整块材料逐渐磨削到近球罩窗口尺寸，之后进行精加工。对于超硬或价格昂贵的材料，比如锗晶体，该方案成本高昂，不适于规模化量产。近些年发展起来的捞球技术，例如于2018年11月30日公开的CN108908104A公开了一种蓝宝石球罩捞球加工方法。但该方案加工周期较长，产率偏低，而且捞球加工方法及工艺的研究是一个难题，捞球加工过程中砂轮磨料及结合剂的旋转，加工工艺参数的优化、刀具和工件球心的一致性等都会影响到球罩的形位精度和表面质量。因此，有必要在球罩窗口的制备上进一步改进。
发明内容
鉴于背景技术中存在的问题，本公开的目的在于提供一种球罩窗口的制备装置及制备方法，其能够获得尺寸接近最终使用的产品尺寸的球罩窗口、进而减少后期的加工量。
由此，在一些实施例中，一种球罩窗口的制备装置包括坩埚、模具、加热机构、夹持机构以及提拉机构，坩埚具有内腔，内腔用于盛放制备球罩窗口的原料，内腔在水平面上的投影轮廓涵盖所将要制备的球罩窗口的外径的形成的圆；加热机构围绕坩埚设置，用于加热并熔化坩埚中盛放的原料；模具放置在坩埚内，模具具有狭缝，狭缝沿竖直方向贯通模具，狭缝在模具底部的开口连通坩埚的内腔，狭缝在水平面的第一水平方向上延伸，模具具有在与第一水平方向垂直的第二水平方向上的中心线，模具的中心线在第二水平方向上的一侧与相面对的坩埚的内壁之间的区域在水平面上的投影轮廓涵盖所将要制备的球罩窗口的外径的形成的圆，狭缝相对模具的中心线对称布置；夹持机构用于夹持籽晶；提拉机构连接于夹持机构，能够水平平移、竖直平移以及旋转，以使夹持机构夹持的籽晶在模具的狭缝处引晶、并同时进行水平平移、竖直平移以及旋转，水平平移的方向为第二水平方向，竖直平移的方向为垂直于水平面的竖直方向，旋转围绕籽晶的自身轴线在水平面内进行。
在一些实施例中，坩埚的内腔为圆柱形；定位在坩埚的内腔中的模具的中心线与坩埚的内腔的中心线在第二水平方向上的距离为所将要制备的球罩窗口的外半径。
在一些实施例中，模具为长方体，模具的顶面为正方形，正方形的边长为D，单位为mm，球罩窗口的最终使用的产品的厚度为d，单位为mm，D＝(d+Δd)×ρs/ρl，其，ρs为固态密度，ρl为液态密度，Δd为后期加工量，单位为mm，Δd为3mm-5mm；模具的侧面为长方形，长方形的高度为H，高度比原料熔化后的液面高度h高5-10mm。
在一些实施例中，提拉机构包括水平面旋转机构、第二水平方向平移机构以及竖直方向平移机构；夹持机构连接于水平面旋转机构，水平面旋转机构能够带动夹持机构连同籽晶围绕籽晶的自身轴线在水平面内旋转；第二水平方向平移机构连接于水平面旋转机构，第二水平方向平移机构能够带动水平面旋转机构连同夹持机构和籽晶在第二水平方向上往复平移；竖直方向平移机构连接于第二水平方向平移机构，竖直方向平移机构能够带动第二水平方向平移机构连同水平面旋转机构、夹持机构和和籽晶在竖直方向上往复平移。
在一些实施例中，水平面旋转机构包括旋转轴和座体，旋转轴能够在水平面内旋转且端部固定连接于夹持机构；第二水平方向平移机构包括第一缸体和第一活塞，第一活塞能够在第二水平方向上出入第一缸体，且第一活塞固定连接于水平面旋转机构的座体；竖直方向平移机构包括第二缸体和第二活塞，第二活塞能够在竖直方向上出入第二缸体，第二活塞固定连接于第二水平方向平移机构的第二缸体；夹持机构连接于旋转轴。
在一些实施例中，提拉机构的水平平移的速度为VH，VH的单位为mm/h，提拉机构的竖直向上平移的提拉高度为y，y的单位为mm，其中，VH＝r(r-y)(2ry-y2)-1/2。r为将要制备的球罩窗口的外半径。
在一些实施例中，球罩窗口的制备装置还包括光栅尺，光栅尺用于读取提拉机构的竖直向上平移的提拉高度。
在一些实施例中，提拉机构的竖直向上平移的提拉速度VV，VV的单位为mm/h，VV/w≤15mm。
在一些实施例中，提拉机构的旋转速度为w，w为0.05rpm-1rpm。
在一些实施例中，一种球罩窗口的制备方法，采用前述球罩窗口的制备装置，包括步骤：将模具放置在坩埚内，将原料置于坩埚内并使原料熔融；夹持机构夹持籽晶；提拉机构驱动以使使夹持机构夹持的籽晶到达模具的狭缝处并在模具的狭缝处引晶，引晶完成后提拉机构同时进行单向水平平移、单向竖直向上平移以及旋转，以进行球罩窗口的制备，待球罩窗口的高度长到规定的外半径时，拉脱球罩窗口，并停止提拉机构。
本公开的有益效果如下：采用本公开的球罩窗口的制备装置及制备方法，能够制备得到尺寸接近最终产品尺寸的球罩窗口，只需对所制备的球罩窗口进行少量的加工量的加工，就能获得最终尺寸的球罩窗口，尤其是超硬或加工昂贵的球罩窗口的材料，由此降低了球罩窗口的加工成本，提高了生产效率，有利于规模化生产。此外，所制备得到的球罩窗口无开裂、多晶、无气泡。
附图说明
图1是根据本公开的球罩窗口的制备装置的示意图，其中坩埚、模具、加热机构以截面图示出。
图2是图1的球罩窗口的制备装置的模具的俯视立体图。
图3是图1的球罩窗口的制备装置的模具的仰视立体图。
图4是图1的球罩窗口的制备装置的模具的俯视图。
其中，附图标记说明如下：
100球罩窗口的制备装置 4夹持机构
D1竖直方向 5提拉机构
H1第一水平方向 51水平面旋转机构
H2第二水平方向 511旋转轴
1坩埚 512座体
11内腔 52第二水平方向平移机构
12内壁 521第一缸体
C1中心线 522第一活塞
2模具 53竖直方向平移机构
21狭缝 531第二缸体
211开口 532第二活塞
22顶面 6机架
23侧面 200原料
24凹槽 300球罩窗口
C2中心线 r将要制备的球罩窗口的外半径
3加热机构 400籽晶
具体实施方式
附图示出本公开的实施例，且将理解的是，所公开的实施例仅仅是本公开的示例，本公开可以以各种形式实施，因此，本文公开的具体细节不应被解释为限制，而是仅作为权利要求的基础且作为表示性的基础用于教导本领域普通技术人员以各种方式实施本公开。
首先说明根据本公开的球罩窗口的制备装置。
参照图1至图4，球罩窗口的制备装置100包括坩埚1、模具2、加热机构3、夹持机构4以及提拉机构5。
坩埚1具有内腔11。内腔11用于盛放制备球罩窗口300的原料200，内腔11在水平面上的投影轮廓涵盖所将要制备的球罩窗口300的外径所形成的圆。在设计中，在水平面的投影视图中，通过球罩窗口300和坩埚1在水平面的投影上，就能方便地确定二者之间的投影轮廓的关系。
在图中所示的示例中，坩埚1的内腔11为圆柱形。采用圆柱形，能够非常方便且准确地确定内腔11的中心(即后述的坩埚1的内腔11的中心线C1)，进而基于中心线C1在将模具2设定在中心线C1的一侧时，能够直接满足模具2的后述的中心线C2到内腔11的中心线C1之间的环绕内腔11的中心线C1的整个面积满足大于球罩窗口300的半球外轮廓的面积，设计和操作简单方便。此外，与坩埚1的内腔11采用非圆柱形相比，坩埚1的圆柱形的内腔11被充分地使用，进而使得坩埚1采用圆柱形的坩埚，在制备相同尺寸的球罩窗口300的情况下，坩埚1在材料使用上小，降低了坩埚1的成本。此外，坩埚1的内腔11采用圆柱形时，基于内腔11的中心线C1，原料200在同一周圈上的径向上的各个位置到内腔11的中心线C1的距离相同，如此使得熔融的原料200在同一周圈上具有相同的径向温度梯度，有利于提高所制备的球罩窗口300的质量。
坩埚1由诸如石墨的高导热性的材料制成。石墨有良好的导热性能，从而使得坩埚1中的原料200能被高效地加热熔融且有利于通过测量坩埚1的外表温度来精确地反映坩埚1的内腔11中的原料200的温度。
模具2放置在坩埚1内。模具2具有狭缝21，狭缝21沿竖直方向D1贯通模具2，狭缝21在模具2底部的开口211连通坩埚1的内腔11，狭缝21在水平面的第一水平方向H1上延伸，模具2具有在与第一水平方向H1垂直的第二水平方向H2上的中心线C2，模具2的中心线C2在第二水平方向H2上的一侧与相面对的坩埚1的内壁12之间的区域在水平面上的投影轮廓涵盖所将要制备的球罩窗口300的外径的形成的圆。狭缝21相对模具2的中心线C2对称布置。
在图1所示的示例中，定位在坩埚1的内腔11中的模具2的中心线C2与坩埚1的内腔11的中心线C1在第二水平方向H2上的距离为所将要制备的球罩窗口300的外半径r。由此，能够确保所制备的球罩窗口300的尺寸接近最终产品尺寸，降低了后期的加工量，提高了生产效率。
在图中所示的示例中，模具2为长方体，模具2的顶面22为正方形，正方形的边长为D，单位为mm，球罩窗口300的最终使用的产品的厚度为d，单位为mm，D＝(d+Δd)×ρs/ρl，其，ρs为原料200的固态密度，ρl为原料200的液态密度，Δd为后期加工量，单位为mm，Δd为3mm-5mm；模具2的侧面23为长方形，长方形的高度为H，高度比原料200熔化后的液面高度h高5-10mm。由于考虑了后期的加工量Δd，通过球罩窗口的制备装置100制备出的球罩窗口300接近最终尺寸，提高了生产效率。此外，固态密度和液态密度的设定，充分考虑了原料200的受热和冷缩时体积变化特性(例如原料200采用锗、硅时，锗是热缩冷胀的)对所制备的球罩窗口200的尺寸的影响。
在图2至图4所示的示例中，模具2在底壁设置有沿第一水平方向H1延伸的贯通模具2的凹槽24，凹槽24向上凹入且连通狭缝21。由此原料200熔化后经由底部的凹槽24进入狭缝21并向上流动到模具2的顶面22。当然不限于此，在其它实施例中，模具2的侧面23设置有连通孔(未示出)，连通孔连通狭缝21和坩埚1的内腔11。
模具2由诸如石墨的高导热性的材料制成。石墨有良好的导热性能，从而使得处于狭缝21中的熔融的原料200的温度与坩埚1的内腔11中的原料200的温度保持一致。此外，石墨具有良好的加工性能，便于狭缝21的制备。
加热机构3围绕坩埚1设置，用于加热并熔化坩埚1中盛放的原料200。例如，加热机构3采用感应加热方式。再例如，加热机构采用电阻加热方式。
夹持机构4用于夹持籽晶400。在一实施例中，夹持机构为径向能够弹性伸缩的套管，利用套管的弹性伸缩特性，将籽晶400牢固地把持。在另一实施例中，夹持机构4为机械手，机械手设置有多个手指，手指抓住籽晶400以夹持籽晶400。
提拉机构5连接于夹持机构4，能够水平平移、竖直平移以及旋转，以使夹持机构4夹持的籽晶400在模具2的狭缝21处引晶、并同时进行水平平移、竖直平移以及旋转，水平平移的方向为第二水平方向H2，竖直平移的方向为垂直于水平面的竖直方向D1，旋转围绕籽晶400的自身轴线在水平面内进行。
在图1所示的示例中，提拉机构5包括水平面旋转机构51、第二水平方向平移机构52以及竖直方向平移机构53。水平面旋转机构51连接于夹持机构4，水平面旋转机构51能够带动夹持机构4连同籽晶400围绕籽晶400的自身轴线在水平面内旋转。第二水平方向平移机构52连接于水平面旋转机构51，第二水平方向平移机构52能够带动水平面旋转机构51连同夹持机构4和籽晶400在第二水平方向H2上往复平移。竖直方向平移机构53连接于第二水平方向平移机构52，竖直方向平移机构53能够带动第二水平方向平移机构52连同水平面旋转机构51、夹持机构4和和籽晶400在竖直方向D1上往复平移。
在图1所示的示例中，水平面旋转机构51包括旋转轴511和座体512，旋转轴511能够在水平面内旋转且端部固定连接于夹持机构4。第二水平方向平移机构52包括第一缸体521和第一活塞522，第一活塞522能够在第二水平方向H2上出入第一缸体521，且第一活塞522固定连接于水平面旋转机构51的座体512。竖直方向平移机构53包括第二缸体531和第二活塞532，第二活塞532能够在竖直方向D1上出入第二缸体531，第二活塞532固定连接于第二水平方向平移机构52的第二缸体521。夹持机构4连接于旋转轴511。在一些实施例中，水平面旋转机构51为电机。
在图未示出的其它示例中，第二水平方向平移机构52和竖直方向平移机构53互换。
如图所示，球罩窗口的制备装置100还包括机架6，提拉机构5固定于机架6。在图中，机架6为门字形。
在一些实施例中，提拉机构5的水平平移的速度为VH，VH的单位为mm/h，提拉机构5的竖直向上平移的提拉高度为y，y的单位为mm，其中，VH＝r(r-y)(2ry-y2)-1/2。r为将要制备的球罩窗口300的外半径。通过建立VH＝r(r-y)(2ry-y2)-1/2，确保获得的球罩窗口300的尺寸接近最终尺寸。在一些实施例中，球罩窗口的制备装置100还包括光栅尺(未示出)，光栅尺用于读取提拉机构5的竖直向上平移的提拉高度y。
在一些实施例中，提拉机构5的竖直向上平移的提拉速度VV，VV的单位为mm/h，VV/w≤15mm。过高的竖直向上平移的提拉速度会造成液膜脱离，无法获得球罩窗口。
在一些实施例中，提拉机构5的旋转速度为w，w为0.05rpm-1rpm。过慢的旋转速度会降低球罩制备速度，过快的旋转速度造成液膜脱离、气泡产生。
在球罩窗口的制备装置100中，加热机构3、提拉机构5均由控制机构(未示出)来控制。当夹持机构4采用机械手时，机械手也通信连接于控制击鼓。控制机构可以是计算机。
其次，说明根据本公开的球罩窗口的制备方法。
球罩窗口的制备包括步骤：将模具2放置在坩埚1内，将原料200置于坩埚1内并使原料200熔融；夹持机构4夹持籽晶400；提拉机构5驱动以使使夹持机构4夹持的籽晶400到达模具2的狭缝21处并在模具2的狭缝21处引晶，引晶完成后提拉机构5同时进行单向水平平移、单向竖直向上平移以及旋转，以进行球罩窗口300的制备，待球罩窗口300的高度长到规定的外半径时，拉脱球罩窗口300，并停止提拉机构5。
在一些实施例中，拉脱通过提拉机构5的单向竖直向上平移的速度突然加速变速来实现。
最后，给出测试例。
实施例1
采用图1至图4的球罩窗口的制备装置100以及布局方式。
原料200为锗料，锗料的固态密度ρs为5.33g/cm3、液态密度ρl为5.51g/cm3；坩埚1的内腔11为圆柱形，内腔11的直径为180mm，坩埚1采用石墨材料制成；模具2为长方体，顶面22为正方形，正方形的边长D为8.7mm，侧面23为长方形，长方形的高度H为110mm；模具2装在距离坩埚11的中心线C1为45mm的位置(即r＝45mm)；球罩窗口300的最终使用的产品的厚度5mm(即d＝5mm)，后期加工量Δd＝4mm，满足D＝(d+Δd)×ρs/ρl，所要制备的球罩窗口300的外半径为45mm(即r＝45mm)；14kg锗原料放入坩埚1中，化料后原料200的液面高度为100mm，即模具2的侧面的长方形的高度H高于液面高度10mm。
升温融化原料200，由计算机控制提拉机构5驱动以使使夹持机构4夹持的籽晶400到达模具2的狭缝21处并在模具2的狭缝21处引晶，引晶完成后提拉机构5同时进行单向水平平移、单向竖直向上平移以及旋转，以进行球罩窗口300的制备，其中，旋转速度w为1rpm，水平平移速度为VH＝45(45-y)(90y-y2)-1/2，提拉高度y(单位为mm)通过光栅尺读出，并由计算机控制，竖直向上平移的提拉速度为15mm/h，待球罩窗口300长到45mm高时，单向竖直向上平移的速度突然加速变速拉脱球罩窗口300，自然降温取出，得到半球形的球罩窗口300毛坯。
所制备得到的球罩窗口300无开裂、多晶、无气泡。
实施例2
采用图1至图4的球罩窗口的制备装置100以及布局方式。
原料200为硅料，硅料的固态密度ρs为2.33g/cm3、液态密度ρl为2.53g/cm3；坩埚1的内腔11为圆柱形，内腔11的直径为250mm，坩埚1采用石墨材料制成；模具2为长方体，顶面22为正方形，正方形的边长D为12.9mm，侧面23为长方形，长方形的高度H为100mm；模具2装在距离坩埚11的中心线C1为60mm的位置(即r＝60mm)；球罩窗口300的最终使用的产品的厚度10mm(即d＝10mm)，后期加工量Δd＝4mm，满足D＝(d+Δd)×ρs/ρl，所要制备的球罩窗口300的外半径为60mm(即r＝60mm)；10.9kg硅原料放入坩埚1中，化料后原料200的液面高度为95mm，即模具2的侧面的长方形的高度H高于液面高度5mm。
升温融化原料200，由计算机控制提拉机构5驱动以使使夹持机构4夹持的籽晶400到达模具2的狭缝21处并在模具2的狭缝21处引晶，引晶完成后提拉机构5同时进行单向水平平移、单向竖直向上平移以及旋转，以进行球罩窗口300的制备，其中，旋转速度w为0.1rpm，水平平移速度为VH＝60(60-y)(120y-y2)-1/2，提拉高度y(单位为mm)通过光栅尺读出，并由计算机控制，竖直向上平移的提拉速度为1mm/h，待球罩窗口300长到60mm高时，单向竖直向上平移的速度突然加速变速拉脱球罩窗口300，自然降温取出，得到半球形的球罩窗口300毛坯。
所制备得到的球罩窗口300无开裂、多晶、无气泡。
对比例1
除了竖直向上平移的提拉速度为20mm/h，其余同实施例1。
球罩窗口300的晶体生长过程中发现，无法获得连续球罩窗口300，球罩窗口300呈弹簧状不连贯。
对比例2
除了VH＝45(45-y)(90y-y2)-1/2外(即VH不满足VH＝r(r-y)(2ry-y2)-1/2)，其余同实施例2。
得到的球罩窗口300在毛坯曲率上不符合球形曲率、呈圆锥状。
由此可见，采用本公开的球罩窗口的制备装置及制备方法，能够制备得到尺寸接近最终产品尺寸的球罩窗口，只需对所制备的球罩窗口进行少量的加工量的加工，就能获得最终尺寸的球罩窗口，尤其是超硬或加工昂贵的球罩窗口的材料，由此降低了球罩窗口的加工成本，提高了生产效率，有利于规模化生产。此外，所制备得到的球罩窗口无开裂、多晶、无气泡。
采用上面详细的说明描述多个示范性实施例，但本文不意欲限制到明确公开的组合。因此，除非另有说明，本文所公开的各种特征可以组合在一起而形成出于简明目的而未示出的多个另外组合。
Claims (10)
1.一种球罩窗口的制备装置(100)，其特征在于，包括坩埚(1)、模具(2)、加热机构(3)、夹持机构(4)以及提拉机构(5)，
坩埚(1)具有内腔(11)，内腔(11)用于盛放制备球罩窗口(300)的原料(200)，内腔(11)在水平面上的投影轮廓涵盖所将要制备的球罩窗口(300)的外径的形成的圆；
加热机构(3)围绕坩埚(1)设置，用于加热并熔化坩埚(1)中盛放的原料(200)；
模具(2)放置在坩埚(1)内，模具(2)具有狭缝(21)，狭缝(21)沿竖直方向(D1)贯通模具(2)，狭缝(21)在模具(2)底部的开口(211)连通坩埚(1)的内腔(11)，狭缝(21)在水平面的第一水平方向(H1)上延伸，模具(2)具有在与第一水平方向(H1)垂直的第二水平方向(H2)上的中心线(C2)，模具(2)的中心线(C2)在第二水平方向(H2)上的一侧与相面对的坩埚(1)的内壁(12)之间的区域在水平面上的投影轮廓涵盖所将要制备的球罩窗口(300)的外径的形成的圆，狭缝(21)相对模具(2)的中心线(C2)对称布置；
夹持机构(4)用于夹持籽晶(400)；
提拉机构(5)连接于夹持机构(4)，能够水平平移、竖直平移以及旋转，以使夹持机构(4)夹持的籽晶(400)在模具(2)的狭缝(21)处引晶、并同时进行水平平移、竖直平移以及旋转，水平平移的方向为第二水平方向(H2)，竖直平移的方向为垂直于水平面的竖直方向(D1)，旋转围绕籽晶(400)的自身轴线在水平面内进行。
2.根据权利要求1所述的球罩窗口的制备装置(100)，其特征在于，
坩埚(1)的内腔(11)为圆柱形；
定位在坩埚(1)的内腔(11)中的模具(2)的中心线(C2)与坩埚(1)的内腔(11)的中心线(C1)在第二水平方向(H2)上的距离为所将要制备的球罩窗口(300)的外半径(r)。
3.根据权利要求1所述的球罩窗口的制备装置(100)，其特征在于，
模具(2)为长方体，
模具(2)的顶面(22)为正方形，正方形的边长为D，单位为mm，球罩窗口(300)的最终使用的产品的厚度为d，单位为mm，
D＝(d+Δd)×ρs/ρl，其，ρs为固态密度，ρl为液态密度，Δd为后期加工量，单位为mm，Δd为3mm-5mm；
模具(2)的侧面(23)为长方形，长方形的高度为H，高度比原料(200)熔化后的液面高度h高5-10mm。
4.根据权利要求1所述的球罩窗口的制备装置(100)，其特征在于，
提拉机构(5)包括水平面旋转机构(51)、第二水平方向平移机构(52)以及竖直方向平移机构(53)；
夹持机构(4)连接于水平面旋转机构(51)，
水平面旋转机构(51)能够带动夹持机构(4)连同籽晶(400)围绕籽晶(400)的自身轴线在水平面内旋转；
第二水平方向平移机构(52)连接于水平面旋转机构(51)，第二水平方向平移机构(52)能够带动水平面旋转机构(51)连同夹持机构(4)和籽晶(400)在第二水平方向(H2)上往复平移；
竖直方向平移机构(53)连接于第二水平方向平移机构(52)，竖直方向平移机构(53)能够带动第二水平方向平移机构(52)连同水平面旋转机构(51)、夹持机构(4)和和籽晶(400)在竖直方向(D1)上往复平移。
5.根据权利要求4所述的球罩窗口的制备装置(100)，其特征在于，
水平面旋转机构(51)包括旋转轴(511)和座体(512)，旋转轴(511)能够在水平面内旋转且端部固定连接于夹持机构(4)；
第二水平方向平移机构(52)包括第一缸体(521)和第一活塞(522)，第一活塞(522)能够在第二水平方向(H2)上出入第一缸体(521)，且第一活塞(522)固定连接于水平面旋转机构(51)的座体(512)；
竖直方向平移机构(53)包括第二缸体(531)和第二活塞(532)，第二活塞(532)能够在竖直方向(D1)上出入第二缸体(531)，第二活塞(532)固定连接于第二水平方向平移机构(52)的第二缸体(521)；
夹持机构(4)连接于旋转轴(511)。
6.根据权利要求1所述的球罩窗口的制备装置(100)，其特征在于，
提拉机构(5)的水平平移的速度为VH，VH的单位为mm/h，
提拉机构(5)的竖直向上平移的提拉高度为y，y的单位为mm，
其中，VH＝r(r-y)(2ry-y2)-1/2。r为将要制备的球罩窗口(300)的外半径。
7.根据权利要求1所述的球罩窗口的制备装置(100)，其特征在于，球罩窗口的制备装置(100)还包括光栅尺，光栅尺用于读取提拉机构(5)的竖直向上平移的提拉高度。
8.根据权利要求1所述的球罩窗口的制备装置(100)，其特征在于，
提拉机构(5)的竖直向上平移的提拉速度VV，VV的单位为mm/h，VV/w≤15mm。
9.根据权利要求1所述的球罩窗口的制备装置(100)，其特征在于，
提拉机构(5)的旋转速度为w，w为0.05rpm-1rpm。
10.一种球罩窗口的制备方法，其特征在于，采用权利要求1-9中任一项所述的球罩窗口的制备装置(100)，包括步骤：
将模具(2)放置在坩埚(1)内，
将原料(200)置于坩埚(1)内并使原料(200)熔融；
夹持机构(4)夹持籽晶(400)；
提拉机构(5)驱动以使使夹持机构(4)夹持的籽晶(400)到达模具(2)的狭缝(21)处并在模具(2)的狭缝(21)处引晶，引晶完成后提拉机构(5)同时进行单向水平平移、单向竖直向上平移以及旋转，以进行球罩窗口(300)的制备，待球罩窗口(300)的高度长到规定的外半径时，拉脱球罩窗口(300)，并停止提拉机构(5)。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111113311.5A CN113737273B (zh) | 2021-09-23 | 2021-09-23 | 球罩窗口的制备装置及制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111113311.5A CN113737273B (zh) | 2021-09-23 | 2021-09-23 | 球罩窗口的制备装置及制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113737273A true CN113737273A (zh) | 2021-12-03 |
| CN113737273B CN113737273B (zh) | 2022-06-24 |
Family
ID=78740504
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111113311.5A Active CN113737273B (zh) | 2021-09-23 | 2021-09-23 | 球罩窗口的制备装置及制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113737273B (zh) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0653504A1 (fr) * | 1993-11-16 | 1995-05-17 | Commissariat A L'energie Atomique | Procédé de fabrication de pièces en matériau polycristallin ou monocristallin par croissance à partir d'un bain fondu |
| US6228167B1 (en) * | 1997-09-22 | 2001-05-08 | Super Silicon Crystal Research Institute Corp. | Single crystal pulling apparatus |
| CN102703980A (zh) * | 2012-06-01 | 2012-10-03 | 鸿福晶体科技(安徽)有限公司 | 生长具有一定曲率的半球状蓝宝石晶体的方法 |
| WO2016043176A1 (ja) * | 2014-09-19 | 2016-03-24 | 並木精密宝石株式会社 | 複数のサファイア単結晶とその製造方法 |
-
2021
- 2021-09-23 CN CN202111113311.5A patent/CN113737273B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0653504A1 (fr) * | 1993-11-16 | 1995-05-17 | Commissariat A L'energie Atomique | Procédé de fabrication de pièces en matériau polycristallin ou monocristallin par croissance à partir d'un bain fondu |
| US6228167B1 (en) * | 1997-09-22 | 2001-05-08 | Super Silicon Crystal Research Institute Corp. | Single crystal pulling apparatus |
| CN102703980A (zh) * | 2012-06-01 | 2012-10-03 | 鸿福晶体科技(安徽)有限公司 | 生长具有一定曲率的半球状蓝宝石晶体的方法 |
| WO2016043176A1 (ja) * | 2014-09-19 | 2016-03-24 | 並木精密宝石株式会社 | 複数のサファイア単結晶とその製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113737273B (zh) | 2022-06-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4326176B2 (ja) | マイクロレンズアレー用モールド型を製造する方法 | |
| CN100441530C (zh) | 玻璃块、压力成形用坯料、玻璃成形制品及光学元件的制法 | |
| US7127917B2 (en) | Method of manufacturing molded glass objects, method of manufacturing press molded articles, and method of manufacturing glass optical elements | |
| CN113737273B (zh) | 球罩窗口的制备装置及制备方法 | |
| CN205148003U (zh) | 透镜成形用模具的加工装置 | |
| JP2009107853A (ja) | 精密プレス成形用プリフォーム製造装置及び精密プレス成形用プリフォームの製造方法並びに光学素子の製造方法 | |
| US5917103A (en) | Method of manufacturing crucible for double-crucible crystal growing technique | |
| JP4331424B2 (ja) | 精密モールド型を製造する方法 | |
| CN1328416C (zh) | 用于制造单晶棒的设备和方法 | |
| CN102583972B (zh) | 精密冲压成型用玻璃预制件制造方法及光学元件制造方法 | |
| WO1992001091A1 (en) | Apparatus for growing hollow crystalline bodies from the melt | |
| CN1939851B (zh) | 精密冲压成型用预制坯、其制造方法及光学元件制造方法 | |
| JP2002160223A (ja) | マイクロレンズアレイ金型を成形する装置 | |
| JPH08133758A (ja) | ガラス光学素子の製造方法 | |
| JP2583592B2 (ja) | 光学素子の成形方法 | |
| JP2001520160A (ja) | 溶湯から結晶を引き出すためのダイ | |
| CN114716134B (zh) | 一种制备玻璃二极管的连熔炉及其使用方法 | |
| JP2002144349A (ja) | 精密モールド型を形成する装置 | |
| US4949642A (en) | Funnel or bowl shaped insert for hollow charges and method and mould for its production | |
| JP2000007358A (ja) | ガラス予備成形品製作方法及びこれを使用したガラスレンズ製作方法 | |
| US3561931A (en) | Eccentric feed rotation in zone refining | |
| CN117385447B (zh) | 一种悬浮区熔定向凝固装置及其方法 | |
| CN110370124B (zh) | 基于在二十轴设备上使用聚氨酯抛光微小镜片的工艺 | |
| EP4116696A1 (en) | Method for preparing a microscopic sample for examination in an electron microscope and embedding mould for use therein | |
| JP2986603B2 (ja) | ガラス成形品の成形方法および装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Yin Shiping Inventor after: Di Juqing Inventor before: Di Juqing Inventor before: Yin Shiping |
|
| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: Preparation device and method for ball cover window Granted publication date: 20220624 Pledgee: Huishang Bank Co.,Ltd. Chuzhou Fenghuang road sub branch Pledgor: Anhui Guangzhi Technology Co.,Ltd. Registration number: Y2024980011102 |
|
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |