CN214458446U - 一种生长大尺寸氟化钙晶体的嵌套式坩埚 - Google Patents

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彭明林
周方
张斌
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杨春晖
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Abstract

本实用新型属于新材料生产领域，具体涉及一种生长大尺寸氟化钙晶体的嵌套式坩埚，包括一带有盖体的外坩埚，以及设置于外坩埚的坩埚腔内的内坩埚，所述外坩埚在靠近坩埚腔内底面的侧壁上设置有向内凸起的与坩埚腔内底面平行的台阶，所述内坩埚放置在台阶上，内坩埚的外径大于外坩埚台阶处的内径，内坩埚的底部设置有坩埚通孔，通过坩埚的嵌套式设计，可以直接制备出2块或2块以上大尺寸晶体毛坯，根据需要的晶体的尺寸大小，可以使用不同型号的嵌套式坩埚或者使用多层嵌套式坩埚进行晶体生产，使用多层次嵌套式坩埚生产的晶体毛坯符合器件尺寸要求。

Description

一种生长大尺寸氟化钙晶体的嵌套式坩埚
技术领域
本实用新型属于新材料生产领域，具体涉及一种生长大尺寸氟化钙晶体的嵌套式坩埚。
背景技术
现有技术制备大尺寸(通常指直径200mm以上)氟化物光学晶体器件首先要生长一定厚度晶体，再用金刚石线切割机切片，由于氟化钙、氟化镁等氟化物晶体通常内部热应力大，而晶体毛坯厚度增加会导致热应力成倍增大，这种方法在切片过程中存在极大的晶体开裂风险，并且速度慢(金刚石线运行速度低于0.4mm/min)，造成整体加工效率低。
发明专利申请201811633840.6公开了一种氟化钙单晶用制备设备，其特征在于，包括石墨坩埚以及加热器组件，所述石墨坩埚夹设于至少2个加热器组件之间，所述加热器组件包括高温区加热器、低温区加热器，所述高温区加热器与所述低温区加热器由上向下层叠设置，所述石墨坩埚呈倒圆锥体，且所述石墨坩埚的的底部设有用于放置籽晶的籽晶阱。
上述专利申请对氟化钙的加热方式进行了改进，以及在坩埚底部防止籽晶调整结晶方向，没有对如何使用多坩埚进行加工晶体进行说明。
现有技术中，氟化物粉料烧结采用单层坩埚、单温区加热器的方式烧结，为了提高单次烧结产量，加热器高度通常较高，坩埚内顶部和底部温度差异较大，导致当坩埚底部原料熔化时，顶部原料挥发量过大，损失较多。同时单坩埚烧出的块料体积过大，给后期打磨加工造成不便。
实用新型专利201822272670.5公开了一种氟化钙烧结用坩埚，包括具有一开口的坩埚本体，坩埚本体呈开口宽、底部窄的柱状结构；坩埚本体的开口处设置一卡槽，坩埚本体的底部设置与卡槽形状、位置适配的卡块，或坩埚本体的开口处设置一卡块，坩埚本体的底部设置与卡块形状、位置适配的卡槽。本实用新型实施方式相对于现有技术而言，通过层叠设置的坩埚本体，且坩埚本体之间的紧密贴合，增加了单次烧结产量的同时避免原料高温时挥发，烧结后的块料便于打磨及粉碎，有效提高了生产效率。
上述专利解决了不能同时生产多根晶体的缺陷，但是在生产过程中，需要重复进行添加原料，供生产氟化钙晶体使用，且晶体整体有倾斜角度，造成晶体加工不方便。
发明内容
针对当前使用坩埚下降法生产氟化钙晶体中存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种在坩埚内放置磨具，使每次可直接生长2块或2块以上氟化钙晶体毛坯，该毛坯可直接用于加工平面或球面氟化钙晶体元件，减少了传统加工方式先切片再抛光耗费的工时，同时避免了切割毛坯和滚圆过程中的开裂风险，应用本方法制备的氟化钙晶体可大幅度提高加工效率、降低生产成本。
为达到上述目的，本实用新型采取的技术方案是：一种生长大尺寸氟化钙晶体的嵌套式坩埚，包括一带有盖体的外坩埚，以及设置于外坩埚的坩埚腔内的内坩埚，所述外坩埚在靠近坩埚腔内底面的侧壁上设置有向内凸起的与坩埚腔内底面平行的台阶，所述内坩埚放置在台阶上，内坩埚的外径大于外坩埚台阶处的内径，内坩埚的底部设置有坩埚通孔。
上述的生长大尺寸氟化钙晶体的嵌套式坩埚，所述内坩埚的外高与外坩埚的台阶的高度之和等于外坩埚的内高，盖体同时盖住内坩埚和外坩埚。
上述的生长大尺寸氟化钙晶体的嵌套式坩埚，所述坩埚通孔设置不少以一个，沿内坩埚底部中心向四周分布。
上述的生长大尺寸氟化钙晶体的嵌套式坩埚，所述外坩埚内高度350～400mm，内径250～300mm，台阶高度10～50mm，台阶处内径255～305mm，内坩埚的外高度300～390mm，坩埚通孔直径5～10mm。
上述的生长大尺寸氟化钙晶体的嵌套式坩埚，所述外坩埚开口处设置有内螺纹，所述盖体包括不小于外坩埚外径的限位部，以及与外坩埚腔内径相同的固定部，所述固定部上设置有与外坩埚腔内的内螺纹匹配的外螺纹，所述固定部的高度、内坩埚的外高与外坩埚的台阶的高度之和等于外坩埚的内高。
上述的生长大尺寸氟化钙晶体的嵌套式坩埚，所述内坩埚数量设置不少于一个。
本实用新型一种生长大尺寸氟化钙晶体的嵌套式坩埚的有益效果是：通过坩埚的嵌套式设计，可以直接制备出2块或2块以上大尺寸晶体毛坯，根据需要的晶体的尺寸大小，可以使用不同型号的嵌套式坩埚或者使用多层嵌套式坩埚进行晶体生产，使用多层次嵌套式坩埚生产的晶体毛坯符合器件尺寸要求，可直接用于研磨、开球、抛光等加工，免去了切片、滚圆等工序，大幅提高了加工效率，同时降低了切片过程中的开裂风险，能显著降低氟化物光学晶体元器件的加工成本。
附图说明
图1为本实用新型整体结构示意图；
图2为本实用新型外坩埚结构示意图；
图3为本实用新型内坩埚结构示意图；
图4为本实用新型多坩埚嵌套结构示意图。
具体实施方式
为更好的使本领域技术人员理解本实用新型中的技术方案，下面结合具体实施方式及附图对本实用新型进行详细说明。
如图1-4所示，一种生长大尺寸氟化钙晶体的嵌套式坩埚，包括一带有盖体5的外坩埚1，以及设置于外坩埚的坩埚腔8内的内坩埚2，所述外坩埚在靠近坩埚腔内底面的侧壁上设置有向内凸起的与坩埚腔内底面平行的台阶3，所述内坩埚放置在台阶上，内坩埚的外径大于外坩埚台阶处的内径，内坩埚的底部设置有坩埚通孔4。
内坩埚的外高与外坩埚的台阶的高度之和等于外坩埚的内高，盖体同时盖住内坩埚和外坩埚。
坩埚通孔设置不少以一个，沿内坩埚底部中心向四周分布，可以呈线性分布，也可以环形分布，分布坩埚通孔主要用于低层熔融的原材料向上一层移动，便于熔融后的原材料均匀分布于坩埚内。
外坩埚内高度350～400mm，内径250～300mm，台阶高度10～50mm，台阶处内径255～305mm，内坩埚的外高度300～390mm，坩埚通孔直径5～10mm。
外坩埚的开口9处设置有内螺纹，所述盖体包括不小于外坩埚外径的限位部6，以及与外坩埚腔内径相同的固定部7，所述固定部上设置有与外坩埚腔内的内螺纹匹配的外螺纹，所述固定部的高度、内坩埚的外高与外坩埚的台阶的高度之和等于外坩埚的内高。
根据需要的晶体的尺寸大小，可以使用不同型号的嵌套式坩埚或者使用多层嵌套式坩埚进行晶体生产，使用多层嵌套式坩埚进行晶体生产时，内坩埚数量设置不少于一个。也可以使用多层嵌套式内坩埚同时进行多个氟化钙晶体的生长。
具体的，坩埚使用等静压高纯石墨件加工，外坩埚高350mm，内径300mm，底部台阶高40mm，内坩埚直径280mm，底部通孔直径5mm。生长时将氟化钙原料和除氧剂按一定比例充分混合，先将5kg混合后的原料装入外坩埚，放置内坩埚，再将11kg混合原料装入内坩埚，盖好坩埚盖，然后安装保温筒，关闭晶体炉。晶体炉内真空抽至10-3Pa后，启动升温程序，温度升至原料熔点以上。当原料充分熔化后，保持2小时以上确保熔体各区域温度达到平衡，坩埚开始以1mm/h的速率下降，降距100mm，下降结束后以10℃/h降温至室温，关闭加热电源，再冷却24小时，按顺序取出第二晶体、第一晶体。
使用多层嵌套式坩埚时，按照坩埚内外顺序将坩埚分层取下。
采用本实用新型的嵌套式坩埚模具，可以直接制备出2块或2块以上大尺寸晶体毛坯，该毛坯符合器件尺寸要求，可直接用于研磨、开球、抛光等加工，免去了切片、滚圆等工序，大幅提高了加工效率，同时降低了切片过程中的开裂风险，能显著降低氟化物光学晶体元器件的加工成本。
上述实施例只是为了说明本实用新型的结构构思和特点，其目的在于让本领域内的普通技术人员能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限定本实用新型的保护范围。凡是根据本实用新型内容的实质所做出的等效变化或修饰，都应该涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种生长大尺寸氟化钙晶体的嵌套式坩埚，包括一带有盖体的外坩埚，以及设置于外坩埚的坩埚腔内的内坩埚，其特征在于：所述外坩埚在靠近坩埚腔内底面的侧壁上设置有向内凸起的与坩埚腔内底面平行的台阶，所述内坩埚放置在台阶上，内坩埚的外径大于外坩埚台阶处的内径，内坩埚的底部设置有坩埚通孔。
2.根据权利要求1所述的生长大尺寸氟化钙晶体的嵌套式坩埚，其特征是：所述内坩埚的外高与外坩埚的台阶的高度之和等于外坩埚的内高，盖体同时盖住内坩埚和外坩埚。
3.根据权利要求1所述的生长大尺寸氟化钙晶体的嵌套式坩埚，其特征是：所述坩埚通孔设置不少以一个，沿内坩埚底部中心向四周分布。
4.根据权利要求1所述的生长大尺寸氟化钙晶体的嵌套式坩埚，其特征是：所述外坩埚内高度350～400mm，内径250～300mm，台阶高度10～50mm，台阶处内径255～305mm，内坩埚的外高度300～390mm，坩埚通孔直径5～10mm。
5.根据权利要求1所述的生长大尺寸氟化钙晶体的嵌套式坩埚，其特征是：所述外坩埚开口处设置有内螺纹，所述盖体包括不小于外坩埚外径的限位部，以及与外坩埚腔内径相同的固定部，所述固定部上设置有与外坩埚腔内的内螺纹匹配的外螺纹，所述固定部的高度、内坩埚的外高与外坩埚的台阶的高度之和等于外坩埚的内高。
6.根据权利要求1所述的生长大尺寸氟化钙晶体的嵌套式坩埚，其特征是：所述内坩埚数量设置不少于一个。
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