CN212270275U - 一种新型的晶体连续快速生长装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种新型的晶体连续快速生长装置，属于生产过程设备领域。装置包括培养装置、过热过滤装置、溶液配制装置、高饱和度平衡装置和生长溶液循环装置。溶液配制罐内溶剂和溶质共存，通过控制温度进行溶解，可使溶液所溶解的溶质含量接近溶解温度下的平衡溶质浓度。由于溶液配制罐温度大于培养罐生长温度，从而使溶液中溶解的溶质浓度高于生长温度下的平衡溶质浓度，保证进入培养罐的溶液处于过饱和状态。生长溶液输送泵以可调节的流速抽取生长溶液在培养罐、过热过滤箱、溶液配制罐、高饱和度平衡箱之间循环。本实用新型装置提高了大尺寸晶体的生长速度。
Description
技术领域
本实用新型涉及晶体生长系统，尤其涉及一种新型的晶体连续快速生长装置，属于生产过程设备领域。
背景技术
KDP(磷酸二氢钾，KH2PO4)型晶体是人们发现最早的一类性能优良的非线性光学晶体材料，这类晶体材料具有较大的非线性光学系数，较宽的透过波段，光学均匀性优良，易于实现相位匹配，最突出的优点是易于生长优质大尺寸单晶体。因其具有较大的电光和非线性光学系数、高的光损伤阈值、低的光学吸收、高的光学均匀性和良好的透过波段等特点而被广泛应用于激光、电光调制和光快速开关等高技术领域。
晶体生长是利用对物质相变过程的控制，获得具有一定的尺寸和性能的晶体。溶液法是最悠久的晶体生长方法。它是将原料溶解在溶剂中，通过改变环境条件使晶体在过饱和状态按设定方式析出，形成单晶，随着材料的性质不同，该方法又可分为数十种晶体生长技术。降温法是通过降低溶液的温度以获得晶体生长所需的过饱和度，实现晶体生长的方法。采用降温法进行晶体生长时其过程是非连续的。随着生长过程的推移，溶质总量不断减少，当溶质达到一定小的值后晶体将终止生长。假如在晶体生长过程中采用一些方法进行溶质的连续补充，则可实现晶体的连续生长。
流动法晶体生长设备主要由培养罐、过热过滤箱、溶液配制罐、高饱和度平衡箱组成，低过饱和度的生长溶液回流到溶液配制罐内溶解新的原料。流动法中晶体生长、生长溶液过热过滤、溶液配制和生长溶液高饱和度平衡四个环节形成一个闭环，使晶体一直在相同条件下生长。同时，可以随时添加原料以弥补溶液配制罐内被消耗的溶质。
流动法有利于生长大尺寸且质量和性能均匀一致的晶体，但是该方法除了要控制各个环节的成分和温度之外，更重要的是控制溶液的流动，所以设备比较复杂。
实用新型内容
为了批量快速生产大尺寸优质的KDP晶体，本实用新型提供了一种新型的晶体连续快速生长装置。
本实用新型所采用的技术方案是：
一种新型晶体连续快速生长的装置包括培养装置、过热过滤装置、溶液配制装置、高饱和度平衡装置和生长溶液循环装置；
所述的培养装置包括培养罐1、培养罐热电阻T1、载晶架5、载晶架交流电机6、培养罐电加热器2、培养罐水循环泵3、培养罐夹套出水口8、培养罐夹套冷却水进口7和培养罐电磁阀9；培养罐1外围带有夹套，夹套中装有水，培养罐1内部装有生长溶液；培养罐电加热器2设置于夹套中，用于加热夹套中的水；培养罐水循环泵3设置于培养罐1外侧，用于循环夹套中的水；载晶架5设置于培养罐1内，用于放置正在生长的晶体4；载晶架交流电机6设置于培养罐1顶部，能够带动载晶架5正反旋转；培养罐夹套冷却水进口7设置于夹套底部；培养罐夹套出水口8设置于夹套上部；总的冷却水入口10与培养罐夹套冷却水进口7之间设置培养罐电磁阀9，培养罐电磁阀9用于控制进入夹套中的冷却水；培养罐热电阻T1设置于培养罐1上部，用于测量培养罐1中生长溶液的温度；
所述的过热过滤装置包括过热过滤箱11、过热过滤箱热电阻T2、过热过滤箱三点式液位传感器L1、过热过滤箱电加热器12、过热过滤箱蛇形管13、过热过滤箱生长溶液过滤器16、过热过滤箱水循环泵17、过热过滤箱的出水口18、过热过滤箱的冷却水进口19和过热过滤箱电磁阀20；过热过滤箱11中装有水，过热过滤箱热电阻T2设置于过热过滤箱11顶部，用于测量过热过滤箱11中水的温度；过热过滤箱三点式液位传感器L1设置于过热过滤箱11的顶部，用于测量过热过滤箱11中的水位；过热过滤箱电加热器12设置于过热过滤箱11中，用于加热过热过滤箱11中的水；过热过滤箱生长溶液过滤器16一端与过热过滤箱蛇形管13相连，另一端与输送管路C37相连；过热过滤箱蛇形管13设置于过热过滤箱11的外侧，用于输送生长溶液，并与过热过滤箱11中的水进行热交换；过热过滤箱的出水口18设置于过热过滤箱11的上部；过热过滤箱的冷却水进口19设置于过热过滤箱11的下部，并通过过热过滤箱电磁阀20与总的冷却水入口10相连；过热过滤箱水循环泵17用于循环过热过滤箱11中的水；
所述的溶液配制装置包括溶液配制罐32、溶液配制罐热电阻T4、托盘39、电加热器31、溶液配制罐水循环泵33、溶液配制罐夹套出水口34、溶液配制罐夹套冷却水进口35和电磁阀30；溶液配制罐32内部装有生长溶液，外围带有夹套，夹套中装有水；溶液配制罐热电阻T4设置于溶液配制罐32上部，用于测量溶液配制罐中生长溶液的温度；托盘39设置于溶液配制罐32内，用于放置晶体原料；电加热器31设置于溶液配制罐32的夹套中，用于加热溶液配制罐32的夹套中的水；溶液配制罐水循环泵33设置于夹套外侧，用于循环夹套中的水；溶液配制罐夹套出水口34设置于夹套上部；溶液配制罐夹套冷却水进口35设置于夹套下部，并通过电磁阀30与总的冷却水入口10相连；
所述的高饱和度平衡装置包括高饱和度平衡箱21、高饱和度平衡箱热电阻T3、高饱和度平衡箱三点式液位传感器L2、高饱和度平衡箱电加热器22、高饱和度平衡箱蛇形管23、高饱和度平衡箱生长溶液过滤器25、高饱和度平衡箱水循环泵27、高饱和度平衡箱的出水口28、高饱和度平衡箱的冷却水进口29和高饱和度平衡箱电磁阀26；高饱和度平衡箱21中装有水；高饱和度平衡箱热电阻T3设置于高饱和度平衡箱21的顶部，用于测量高饱和度平衡箱21中水的温度；高饱和度平衡箱三点式液位传感器L2设置于高饱和度平衡箱顶部，用于测量高饱和度平衡箱21中的水位；高饱和度平衡箱电加热器22设置于高饱和度平衡箱21中，用于加热高饱和度平衡箱21中的水；高饱和度平衡箱生长溶液过滤器25的一端连接高饱和度平衡箱蛇形管23的一端，另一端连接输送管路E24；高饱和度平衡箱水循环泵27设置于高饱和度平衡箱21外侧，用于循环高饱和度平衡箱21中的水；高饱和度平衡箱的出水口28设置于高饱和度平衡箱21的上部，高饱和度平衡箱的冷却水进口29设置于高饱和度平衡箱21的下部，并通过高饱和度平衡箱电磁阀26与总的冷却水入口10相连；
所述的生长溶液循环装置包括生长溶液输送泵15、输送管路A36、输送管路B14、输送管路C37、输送管路D38和输送管路E24；输送管路A36的两端分别连接培养罐1中的生长溶液和生长溶液输送泵15的入口；输送管路B14的两端分别连接生长溶液输送泵15的出口和过热过滤箱蛇形管13的入口；输送管路C37的两端分别连接过热过滤箱生长溶液过滤器16的出口和溶液配制罐32的入口；输送管路D38的两端分别连接溶液配制罐32中的生长溶液以及高饱和度平衡箱蛇形管23的入口；输送管路E24的两端分别连接高饱和度平衡箱生长溶液过滤器25的出口和培养罐1的生长溶液，形成闭环管路。
本实用新型装置的有益效果：溶液配制罐内溶剂和溶质共存，通过控制温度进行溶解，可使溶液所溶解的溶质含量接近溶解温度下的平衡溶质浓度。由于溶液配制罐温度大于培养罐生长温度，从而使溶液中溶解的溶质浓度高于生长温度下的平衡溶质浓度，保证进入培养罐的溶液处于过饱和状态，提高了大尺寸晶体的生长速度。
附图说明
下面结合附图对本实用新型进一步说明。
图1是一种新型的晶体连续快速生长装置的结构图。
图中：1培养罐；2培养罐电加热器；3培养罐水循环泵；4晶体；5载晶架；6载晶架交流电机；7培养罐夹套冷却水进口；8培养罐夹套出水口；9培养罐电磁阀；10总的冷却水入口；11过热过滤箱；12过热过滤箱电加热器；13过热过滤箱蛇形管；15生长溶液输送泵；16过热过滤箱生长溶液过滤器；17过热过滤箱水循环泵；18过热过滤箱的出水口；19过热过滤箱的冷却水进口；20过热过滤箱电磁阀；21高饱和度平衡箱；22高饱和度平衡箱电加热器；23高饱和度平衡箱蛇形管；25高饱和度平衡箱生长溶液过滤器；26高饱和度平衡箱电磁阀；27高饱和度平衡箱水循环泵；28高饱和度平衡箱的出水口；29高饱和度平衡箱的冷却水进口；32溶液配制罐；31电加热器；33溶液配制罐水循环泵；39托盘；35溶液配制罐夹套冷却水进口；34溶液配制罐夹套出水口；30电磁阀；T1培养罐热电阻；T2过热过滤箱热电阻；T3高饱和度平衡箱热电阻；T4溶液配制罐热电阻；L1过热过滤箱三点式液位传感器；L2高饱和度平衡箱三点式液位传感器；36输送管路A；14输送管路B；37输送管路C；38输送管路D；24输送管路E。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做进一步说明。
一种新型的晶体连续快速生长装置的应用，包括以下实施过程：
(1)控制培养罐中生长溶液温度、过热过滤箱中水温度、溶液配制罐中生长溶液温度和高饱和度平衡箱中水温度恒定。
(2)培养罐直流电机带动载晶架进行正反旋转，让生长晶体的生长面均匀地接触到溶液。
(3)生长溶液输送泵以可调节的流速抽取生长溶液在培养罐、过热过滤箱、溶液配制罐、高饱和度平衡箱之间循环。
(4)生长溶液在过热过滤箱内过热到一个较高的温度，该温度既高于晶体生长温度，又高于溶液配制罐内的溶解温度。过热处理不仅有利于后续的输运，避免溶质在输运管道中结晶，还可以使杂晶充分溶解，有利于控制后续生长过程中的结晶质量。
(5)溶液配制罐内溶剂和溶质共存，通过控制温度进行溶解，可使溶液所溶解的溶质含量接近溶解温度下的平衡溶质浓度。由于溶液配制罐温度大于培养罐生长温度，从而使溶液中溶解的溶质浓度高于生长温度下的平衡溶质浓度，保证进入培养罐的溶液处于过饱和状态。
(6)高饱和度平衡箱中水温度与培养罐温度接近一致，减少对培养罐温度的扰动，最后生长溶液回到培养罐，完成循环。
本实用新型系统可提高大尺寸晶体的生长速度。
以上是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何的简单修改、等同变化与修饰，均属于实用新型技术方案的范围内。
Claims (1)
1.一种新型的晶体连续快速生长装置，其特征在于，装置包括培养装置、过热过滤装置、溶液配制装置、高饱和度平衡装置和生长溶液循环装置；
所述的培养装置包括培养罐(1)、培养罐热电阻(T1)、载晶架(5)、载晶架交流电机(6)、培养罐电加热器(2)、培养罐水循环泵(3)、培养罐夹套出水口(8)、培养罐夹套冷却水进口(7)和培养罐电磁阀(9)；培养罐(1)外围带有夹套，夹套中装有水，培养罐(1)内部装有生长溶液；培养罐电加热器(2)设置于夹套中，用于加热夹套中的水；培养罐水循环泵(3)设置于培养罐(1)外侧，用于循环夹套中的水；载晶架(5)设置于培养罐(1)内，用于放置正在生长的晶体(4)；载晶架交流电机(6)设置于培养罐(1)顶部，能够带动载晶架(5)正反旋转；培养罐夹套冷却水进口(7)设置于夹套底部；培养罐夹套出水口(8)设置于夹套上部；总的冷却水入口(10)与培养罐夹套冷却水进口(7)之间设置培养罐电磁阀(9)，培养罐电磁阀(9)用于控制进入夹套中的冷却水；培养罐热电阻(T1)设置于培养罐(1)上部，用于测量培养罐(1)中生长溶液的温度；
所述的过热过滤装置包括过热过滤箱(11)、过热过滤箱热电阻(T2)、过热过滤箱三点式液位传感器(L1)、过热过滤箱电加热器(12)、过热过滤箱蛇形管(13)、过热过滤箱生长溶液过滤器(16)、过热过滤箱水循环泵(17)、过热过滤箱的出水口(18)、过热过滤箱的冷却水进口(19)和过热过滤箱电磁阀(20)；过热过滤箱(11)中装有水，过热过滤箱热电阻(T2)设置于过热过滤箱(11)顶部，用于测量过热过滤箱(11)中水的温度；过热过滤箱三点式液位传感器(L1)设置于过热过滤箱(11)的顶部，用于测量过热过滤箱(11)中的水位；过热过滤箱电加热器(12)设置于过热过滤箱(11)中，用于加热过热过滤箱(11)中的水；过热过滤箱生长溶液过滤器(16)一端与过热过滤箱蛇形管(13)相连，另一端与输送管路C(37)相连；过热过滤箱蛇形管(13)设置于过热过滤箱(11)的外侧，用于输送生长溶液，并与过热过滤箱(11)中的水进行热交换；过热过滤箱的出水口(18)设置于过热过滤箱(11)的上部；过热过滤箱的冷却水进口(19)设置于过热过滤箱(11)的下部，并通过过热过滤箱电磁阀(20)与总的冷却水入口(10)相连；过热过滤箱水循环泵(17)用于循环过热过滤箱(11)中的水；
所述的溶液配制装置包括溶液配制罐(32)、溶液配制罐热电阻(T4)、托盘(39)、电加热器(31)、溶液配制罐水循环泵(33)、溶液配制罐夹套出水口(34)、溶液配制罐夹套冷却水进口(35)和电磁阀(30)；溶液配制罐(32)内部装有生长溶液，外围带有夹套，夹套中装有水；溶液配制罐热电阻(T4)设置于溶液配制罐(32)上部，用于测量溶液配制罐中生长溶液的温度；托盘(39)设置于溶液配制罐(32)内，用于放置晶体原料；电加热器(31)设置于溶液配制罐(32)的夹套中，用于加热溶液配制罐(32)的夹套中的水；溶液配制罐水循环泵(33)设置于夹套外侧，用于循环夹套中的水；溶液配制罐夹套出水口(34)设置于夹套上部；溶液配制罐夹套冷却水进口(35)设置于夹套下部，并通过电磁阀(30)与总的冷却水入口(10)相连；
所述的高饱和度平衡装置包括高饱和度平衡箱(21)、高饱和度平衡箱热电阻(T3)、高饱和度平衡箱三点式液位传感器(L2)、高饱和度平衡箱电加热器(22)、高饱和度平衡箱蛇形管(23)、高饱和度平衡箱生长溶液过滤器(25)、高饱和度平衡箱水循环泵(27)、高饱和度平衡箱的出水口(28)、高饱和度平衡箱的冷却水进口(29)和高饱和度平衡箱电磁阀(26)；高饱和度平衡箱(21)中装有水；高饱和度平衡箱热电阻(T3)设置于高饱和度平衡箱(21)的顶部，用于测量高饱和度平衡箱(21)中水的温度；高饱和度平衡箱三点式液位传感器(L2)设置于高饱和度平衡箱顶部，用于测量高饱和度平衡箱(21)中的水位；高饱和度平衡箱电加热器(22)设置于高饱和度平衡箱(21)中，用于加热高饱和度平衡箱(21)中的水；高饱和度平衡箱生长溶液过滤器(25)的一端连接高饱和度平衡箱蛇形管(23)的一端，另一端连接输送管路E(24)；高饱和度平衡箱水循环泵(27)设置于高饱和度平衡箱(21)外侧，用于循环高饱和度平衡箱(21)中的水；高饱和度平衡箱的出水口(28)设置于高饱和度平衡箱(21)的上部，高饱和度平衡箱的冷却水进口(29)设置于高饱和度平衡箱(21)的下部，并通过高饱和度平衡箱电磁阀(26)与总的冷却水入口(10)相连；
所述的生长溶液循环装置包括生长溶液输送泵(15)、输送管路A(36)、输送管路B(14)、输送管路C(37)、输送管路D(38)和输送管路E(24)；输送管路A(36)的两端分别连接培养罐(1)中的生长溶液和生长溶液输送泵(15)的入口；输送管路B(14)的两端分别连接生长溶液输送泵(15)的出口和过热过滤箱蛇形管(13)的入口；输送管路C(37)的两端分别连接过热过滤箱生长溶液过滤器(16)的出口和溶液配制罐(32)的入口；输送管路D(38)的两端分别连接溶液配制罐(32)中的生长溶液以及高饱和度平衡箱蛇形管(23)的入口；输送管路E(24)的两端分别连接高饱和度平衡箱生长溶液过滤器(25)的出口和培养罐(1)的生长溶液，形成闭环管路。
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