CN201952524U - 导模提拉法用结晶装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种导模提拉法用结晶装置，包括用于熔融多晶原料的坩埚。其特征在于：所述坩埚体内置放有纵向缝隙的导模模具，所述纵向缝隙要贯通导模模具上下部以利提拉结晶。该装置解决提拉法生长过程中存在掺杂浓度分布不均、熔体对流异常、易产生漂晶、尺寸难以控制等问题，以获得大尺寸的单晶。同时，该装置也可以用于非同成分熔融化合物晶体的快速生长。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种导模提拉法用结晶装置。
背景技术
提拉法又称丘克拉斯基法，是丘克拉斯基(J.Czochralski)在1917年发明的从熔体中提拉生长高质量单晶的方法。这种方法能够生长无色蓝宝石、红宝石、钇铝榴石、钆镓榴石、变石和尖晶石等重要的宝石晶体。现有的提拉法虽然容易获得大尺寸单晶，但在生长过程中存在组分分布不均、尺寸与形状难控制等现象而影响所生长的晶体质量。在生长铁酸钇、金红石等晶体时还会发生熔体对流异常、漂晶等问题使晶体生长难以持续。提拉法中用专利号为00806873.9的结晶设备可以控制生长出各种方向的晶体，但其只适用于生产带状晶体，且晶体生长效率低。20世纪60年代，提拉法进一步发展为一种更为先进的定型晶体生长方法——熔体导模法。它是控制晶体形状的提拉法，即直接从熔体中拉制出具有各种截面形状晶体的生长技术。它不仅免除了工业生产中对人造晶体所带来的繁重的机械加工，还有效的节约了原料，降低了生产成本。但至今为止，导模模具基本上是采用两金属片构成含单一纵向缝隙的模具，在此模具上表面导模提拉生长的晶体基本为带状、薄片状等，晶体的横截面积小，利用率低。
另外，钇铁石榴石（YIG）晶体、铽铝石榴石（TAG）晶体等众多得到广泛应用的非同成分熔融化合物晶体无法采用提拉法进行生长，传统上一般采用高温溶液法，但存在晶体生长速度慢、周期长、成本高、掺杂组分分布不均等问题。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种导模提拉法用结晶装置，解决提拉法生长过程中存在的熔体对流异常、易产生漂晶、尺寸和形状难以控制等问题，以获得大尺寸的单晶。
一种导模提拉法用结晶装置，包括用于熔融多晶原料的坩埚，其特征在于：所述坩埚体内置放有纵向缝隙的导模模具，所述纵向缝隙要贯通导模模具上下部以利提拉结晶，所述导模模具的上表面设置有带孔成型辅助模片，所述带孔成型辅助模片是带有通孔直径小于或等于2.0mm的模片，所述带有纵向缝隙的导模模具和带孔成型辅助模片是由高熔点材料制成，所述高熔点材料要求其熔点高于所生长晶体熔点，且不与晶体生长熔体和生长气氛反应，一般是铂、铱、铑、硼化铪、硼化锆等金属材料或合金材料。该装置可用来制备同成分熔融和非同成分熔融的大尺寸单晶晶体。
本实用新型提供的导模提拉法用结晶装置，具有如下优点：1）能够控制生长出各种方向和形状的晶体，简化晶体的后加工工序、降低晶体的成本；2）晶体生长界面为平界面生长，易于获得成分分布均匀、内部质量好的体单晶；3）晶体生长作用发生在温度恒定的导模模具顶端，温度梯度变化较小，所生长晶体的光学均匀性好；同时，提拉法中出现的熔体对流异常、漂晶等现象不会对晶体生长造成影响；4）晶体生长发生在极薄的界面内，可以获得大的轴向温度梯度，从而获得较快的晶体生长速率。
附图说明
图1 导模模具上不设带孔成型辅助模片的构造示意图。
图2 导模模具上设有带孔成型辅助模片的构造示意图。
图3 导模模具上表面放置的圆形带孔成型辅助模片的示意图。
图中：1 籽晶；2单晶；3 导模模具；4 坩埚；5 多晶原料的熔融体；6 带孔成型辅助模片；7 纵向缝隙，8为内腔。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步的描述。
本实用新型的具体实施例1如下：
一种导模提拉法用结晶装置，包括用于熔融多晶原料的坩埚4，其特征在于：所述坩埚体4内置放有纵向缝隙的导模模具3，所述导模模具3内的纵向缝隙7要贯通导模模具上下部以利提拉结晶。
实际使用时，将设有纵向缝隙7的导模模具3放入坩埚4中，再向坩埚4中加入铁酸钇多晶原料，加热坩埚4使铁酸钇多晶原料熔化，并使铁酸钇多晶原料的熔融体5没过导模模具3下部，与纵向缝隙7接触，以使铁酸钇多晶原料的熔融体5在毛细管效应的作用下沿着导模模具3内的纵向缝隙7上升到导模模具3的上表面，然后在导模模具3的上表面下籽晶1并缓慢向上提拉生长以获得铁酸钇单晶2。
本实用新型的具体实施例2如下：
一种导模提拉法用结晶装置，包括用于熔融多晶原料的坩埚4，其特征在于：所述坩埚体4内置放有纵向缝隙的导模模具3，所述导模模具3内的纵向缝隙7要贯通导模模具上下部以利提拉结晶。所述导模模具3的上表面同轴设置有带孔成型辅助模片6。所述带孔成型辅助模片6是带有通孔直径小于或等于2.0mm的模片
实际使用时，将设有纵向缝隙7的导模模具3放入坩埚4中，并在导模模具3上表面放置带孔成型辅助模片6，再向坩埚4中加入铁酸钇多晶原料，加热坩埚4使铁酸钇多晶原料熔化，并使铁酸钇多晶原料的熔融体5没过导模模具3下部，与纵向缝隙7接触，以使铁酸钇多晶原料的熔融体5在毛细管效应的作用下沿着导模模具3内的纵向缝隙7上升到上升到带孔成型辅助模片6的上表面，然后在带孔成型辅助模片6的上表面下籽晶1并缓慢向上提拉生长以获得与带孔成型辅助模片6形状一致的铁酸钇单晶2。
本实用新型的具体实施例3如下：
一种导模提拉法用结晶装置，包括用于熔融多晶原料的坩埚4，其特征在于：所述坩埚体4内置放有纵向缝隙的导模模具3，所述导模模具3内的纵向缝隙7要贯通导模模具上下部以利提拉结晶。
实际使用时，将设有纵向缝隙7的导模模具3放入坩埚4中，再向坩埚4中加入组分比例Y2O3/(Y2O3+Fe2O3)为17%的多晶原料，加热坩埚4使多晶原料熔化，并使多晶原料的熔融体5没过导模模具3下部，与纵向缝隙7接触，以使多晶原料的熔融体5在毛细管效应的作用下沿着导模模具3内的纵向缝隙7上升到导模模具3的上表面，然后在导模模具3的上表面下籽晶1并缓慢向上提拉生长以获得钇铁石榴石单晶2。
本实用新型的具体实施例4如下：
一种导模提拉法用结晶装置，包括用于熔融多晶原料的坩埚4，其特征在于：所述坩埚体4内置放有纵向缝隙的导模模具3，所述导模模具3内的纵向缝隙7要贯通导模模具上下部以利提拉结晶。
实际使用时，将设有纵向缝隙7的导模模具3放入坩埚4中，再向坩埚4中加入组分比例Tb2O3/(Tb2O3+Al2O3)为32%的多晶原料，加热坩埚4使多晶原料熔化，并使多晶原料的熔融体5没过导模模具3下部，与纵向缝隙7接触，以使多晶原料的熔融体5在毛细管效应的作用下沿着导模模具3内的纵向缝隙7上升到导模模具3的上表面，然后在导模模具3的上表面下籽晶1并缓慢向上提拉生长以获得铽铝石榴石单晶2。
需补充说明的是：所述的上端部有纵向缝隙7的导模模具3和带孔成型辅助模片6是由高熔点材料制成，所述高熔点材料要求其熔点高于所生长晶体熔点，且不与晶体生长熔体和生长气氛反应，一般是铂、铱、铑、硼化铪、硼化锆等金属材料或合金材料。该装置可用来制备同成分熔融和非同成分熔融的大尺寸单晶晶体。所述带孔成型辅助模片不仅可以是圆形的，还可以是其他形状，从而可以根据需要制备所需形状的单晶。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，凡依本实用新型申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本实用新型的涵盖范围。
Claims (3)
1.一种导模提拉法用结晶装置，包括用于熔融多晶原料的坩埚，其特征在于：所述坩埚体内置放有纵向缝隙的导模模具，所述纵向缝隙要贯通导模模具上下部以利提拉结晶。
2.根据权利要求1所述的导模提拉法用结晶装置，其特征在于：所述导模模具的上表面同轴设置有带孔成型辅助模片。
3.根据权利要求1或3所述的导模提拉法用结晶装置，其特征在于：所述带孔成型辅助模片是带有通孔直径小于或等于2.0mm的模片。
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