CN212955448U - 一种蓝宝石单晶片的退火电磁感应加热系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种蓝宝石单晶片的退火电磁感应加热系统。它包括电磁感应加热系统和设置在其内的一组退火工装，一组退火工装包括垂直设置的至少一个退火工装，退火工装为“凹”字形结构，内外边都是正方形结构，中间一个凹槽，凹槽的内表面镶嵌有铁环层，铁环层包括一层镶入凹槽底面的分布均匀但彼此绝缘的微米级铁环，蓝宝石晶体片装在退火工装内，电磁感应加热系统包括可调节参数的交变磁场。本实用新型可以提高蓝宝石单晶片的退火质量，同时有效地降低退火工艺的综合成本等特点。
Description
技术领域
本实用新型属于蓝宝石加工技术领域，具体涉及一种蓝宝石单晶片的退火电磁感应加热系统。
背景技术
蓝宝石单晶具有优异的光学性能、机械强度和化学稳定性，因而被广泛地应用于红外军事装置、卫星空间技术、高强度激光窗口材料和LED灯的衬底等军事和民用领域。蓝宝石单晶片是由蓝宝石晶锭经过一系列加工过程形成。其中，退火是一道加工工序，它是指利用加热炉对清洗后的蓝宝石晶体片，进行一系列不同温度范围的加热与保温，消除蓝宝石晶体片内部的应力的过程。
目前，蓝宝石单晶片的退火主要利用经过程序控制的电阻丝加热炉子。利用这些炉子进行退火操作有以下几项不足: (1) 由于热传导、对流和辐射的效率低，电阻炉子的热能的转换效率低，电能浪费巨大；(2) 蓝宝石单晶片的温度不均一，影响退火效果；(3)炉子中的加热体热容大，升温或降温都比较缓慢，延长了工艺时间，降低了退火效率。因此，需要一种新的蓝宝石单晶片的退火方法与工艺，降低退火过程中的综合成本。
发明内容
本实用新型的目的在于针对传统的电阻式加热炉的不足，提出一种可以提高蓝宝石单晶片的退火质量，同时有效地降低退火工艺的综合成本的蓝宝石单晶片的退火电磁感应加热系统。
本实用新型的目的是这样实现的：它包括电磁感应加热系统和设置在其内的一组退火工装，一组退火工装包括垂直设置的至少一个退火工装，退火工装为“凹”字形结构，内外边都是正方形结构，中间一个凹槽，凹槽的内表面镶嵌有铁环层，铁环层包括一层镶入凹槽底面的分布均匀但彼此绝缘的微米级铁环，蓝宝石晶体片装在退火工装内，电磁感应加热系统包括可调节参数的交变磁场。
本实用新型还有这样一些技术特征：
1、所述的退火工装连接热电偶，热电偶连接电脑；
2、所述的凹槽的内槽边长为2-10英寸，壁厚为500-1000 μm，凹槽深度为5000 μm；
3、所述的铁环的内径尺寸为20-50 μm, 铁丝的直径为10-50 μm；
4、所述的电磁感应加热系统的电源是380 V的交流电。
本实用新型退火工装由氧化铝陶瓷和铁环构成，是一个凹槽结构，铁环层镶嵌于凹槽的内表面。退火工装结构由氧化铝粉末和铁环经过注浆成型和烧成工艺制备。将蓝宝石的单晶片装入工装后，置于电磁感应加热系统中。电磁感应加热系统产生交变的电磁场，使得工装的铁环层中的铁环产生感应电流，感应电流促使铁环产生热量加热蓝宝石单晶片。由于铁环的尺寸很小，蓝宝石单晶片相当于被许多加热点同时加热，所以蓝宝石片的受热均一。退火过程中的温度、时间、加热或降温速率的控制，可以由改变电磁场的参数得以实现。退火过程中的温度由热电偶测量，并有电脑记录，形成温度变化的曲线。利用此工装和电磁感应加热系统，可以提高蓝宝石单晶片的退火质量，同时有效地降低退火工艺的综合成本。氧化铝和铁的纯度保证在99.9%以上。
本实用新型的有益效果在于：
1、电磁感应加热比电阻加热的方式，热能的转换和传递效率高，能有效地节约电能。
2、加热用的铁环的尺寸相比于蓝宝石单晶片的尺寸很小，所以蓝宝石单晶片的受热更加均匀，退火的效果好。
3、微米量级尺寸的金属环热容很小，加热或降低的速率很快，进一步缩短工艺时间，提高退火工艺的效率。
本实用新型制备过程简单，并可以被大规模制备，并可以循环使用，工装的成本低。
附图说明
图1为本实用新型结构示意图；
图2为图1俯视图；
图3为交变的电磁场示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、操作过程更加清晰，以下结合图1-3和实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。
实施例：
结合图1-3，本实施例包括电磁感应加热系统和设置在其内的一组退火工装4，一组退火工装包括垂直设置的至少一个退火工装，退火工装为“凹”字形结构，内外边都是正方形结构，中间一个凹槽3，凹槽的内表面镶嵌有铁环层，铁环层包括一层镶入凹槽底面的分布均匀但彼此绝缘的微米级铁环2，蓝宝石晶体片1装在退火工装内，电磁感应加热系统包括可调节参数的交变磁场；退火工装连接热电偶，热电偶连接电脑；凹槽的内槽边长为2-10英寸，壁厚为500-1000 μm，凹槽深度为5000 μm；铁环的内径尺寸为20-50 μm, 铁丝的直径为10-50 μm；电磁感应加热系统的电源是380 V的交流电。
结合图1，工装结构是一个正方形的凹槽3，凹槽的内部底面上是一层镶入底部的铁环2。当蓝宝石晶体片1放入凹槽内部，蓝宝石晶体片1的底部与铁环层接触。当要处理的蓝宝石单晶片较多时，可以按照图3的方式，将每个装有一片蓝宝石晶体片1的工装叠加，叠加的一组退火工装4放入电磁感应加热体系中。当加热体系中的交变电磁场发生变化时，工装底部的铁环层中的铁环内部产生了感应电流，感应电流在铁环表面产生了热量，这些热量被蓝宝石单晶片吸收，单晶片的温度升高。因此，改变交变电磁场的各项参数，就可以控制铁环中的感应电流，间接地可以控制蓝宝石单晶片的温度、加热时间、升温或降温的速率等退火工艺参数。由于产生热量的铁环比蓝宝石晶体片1相比尺寸很小，因此相当于是利用点热源加热。与电阻炉的电阻线圈加热相比，本工装的点热源层使得单晶片受热非常均一，退火的效果更好。另一方面，电磁感应加热比电阻加热的能量转换效率大，可以节约大量的电能。铁环层热容也很小，因此加热或降温的时间也比电阻线圈快很多，可以节约工艺过程的时间，提高退火工艺效率。综上所述，本工装可以提高蓝宝石单晶片的退火效果，同时降低整个退火工艺的综合成本。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所做的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只限于这些说明。对于具有本实用新型所属领域基础知识的人员来讲，可以很容易对本实用新型进行变更和修改，这些变更和修改都应当视为属于本实用新型所提交的权利要求书确定的专利保护范围。
Claims (5)
1.一种蓝宝石单晶片的退火电磁感应加热系统，其特征在于它包括电磁感应加热系统和设置在其内的一组退火工装，一组退火工装包括垂直设置的至少一个退火工装，退火工装为“凹”字形结构，内外边都是正方形结构，中间一个凹槽，凹槽的内表面镶嵌有铁环层，铁环层包括一层镶入凹槽底面的分布均匀但彼此绝缘的微米级铁环，蓝宝石晶体片装在退火工装内，电磁感应加热系统包括可调节参数的交变磁场。
2.根据权利要求1所述的一种蓝宝石单晶片的退火电磁感应加热系统，其特征在于所述的退火工装连接热电偶，热电偶连接电脑。
3.根据权利要求2所述的一种蓝宝石单晶片的退火电磁感应加热系统，其特征在于所述的凹槽的内槽边长为2-10英寸，壁厚为500-1000 μm，凹槽深度为5000 μm。
4.根据权利要求3所述的一种蓝宝石单晶片的退火电磁感应加热系统，其特征在于所述的铁环的内径尺寸为20-50 μm, 铁丝的直径为10-50 μm。
5.根据权利要求4所述的一种蓝宝石单晶片的退火电磁感应加热系统，其特征在于所述的电磁感应加热系统的电源是380 V的交流电。
Priority Applications (1)
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| CN202021251868.6U CN212955448U (zh) | 2020-07-01 | 2020-07-01 | 一种蓝宝石单晶片的退火电磁感应加热系统 |
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Publications (1)
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| CN202021251868.6U Active CN212955448U (zh) | 2020-07-01 | 2020-07-01 | 一种蓝宝石单晶片的退火电磁感应加热系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
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2020
- 2020-07-01 CN CN202021251868.6U patent/CN212955448U/zh active Active
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