CN215560807U - 一种中心异型氟化物光学晶体的制备装置 - Google Patents

Abstract

一种中心异型氟化物光学晶体的制备装置，包括石墨坩埚，石墨坩埚内的中心位置设置有石墨异形件，石墨异形件的长度方向平行于石墨坩埚的高度方向，石墨异形件的一端设置有第一连接结构，石墨坩埚内设置有第二连接结构，第一连接结构与第二连接结构可拆卸连接。本实用新型利用氟化物光学晶体材料与石墨材料不浸润及热膨胀系数相对较大的特性，本实用新型针对有复杂几何结构的氟化物光学晶体的需求，根据氟化物晶体的生长特性，提出一种异形晶体生长方法，可实现异形几何结构氟化物晶体一次成型，可直接生长中心带有异形几何结构氟化物光学晶体，避免了后续繁琐的晶体加工过程，大幅降低晶体加工难度，提高晶体利用率及成品率。

Description

一种中心异型氟化物光学晶体的制备装置

技术领域

本实用新型涉及物理领域，尤其涉及晶体生长领域，特别是一种中心异型氟化物光学晶体的制备装置及方法。

背景技术

氟化钙晶体从真空紫外波段到红外波段都有极高的透过率，同时还具有低色散、高抗激光损伤阈值等特点，因而作为窗口与透镜材料得到广泛应用。作为天文望远镜的复消色差透镜材料与超强激光装置的窗口材料，氟化钙晶体发挥着不可替代的作用。氟化镁（MgF₂）与氟化钡（BaF₂）晶体也是比较常见的氟化物光学晶体材料，常作为光学棱镜、透镜、窗口等在各种光学系统获得应用。氟化物晶体可用提拉法、温度梯度法、坩埚下降法进行生长。在众多的晶体生长方法中，坩埚下降法由于具有温场稳定、易于控制等优势而成为氟化物晶体生长的首选方法，利用此方法，Hellma公司已经成功生长了440mm的大尺寸氟化钙晶体。氟化物晶体生长结束后会残留较大的热应力，而在后续晶体加工时要对晶体进行切割成形、抛光等处理，在加工过程中晶体很容易开裂，导致晶体利用率降低。随着氟化物光学晶体在光学应用领域的不断拓展，对复杂异型晶体元件的需求不断攀升，具有软脆特性的氟化物光学晶体加工带来极大的挑战。

以采用传统加工方案加工中心带圆孔氟化钙晶体元件为例：首先，挑选并切割毛坯料，然后采用数控机床（精雕机）缓慢磨削圆孔成形，最后在抛光成元件。由于氟化钙晶体属于软脆类晶体，易解离，精雕机加工过程中极易导致晶体崩边破损甚至开裂，导致加工失败；另一方面，为了满足加工精度只能单片式加工，加工效率低，不利于规模化生产。

氟化物晶体可采用提拉法、温度梯度法、坩埚下降法进行生长，其中温度梯度法和坩埚下降法是最适合规模化生产的技术。为了提高产能，晶体制备技术往可生长更大尺寸、可多坩埚生长更多晶体的技术方向发展，而对于异形几何结构晶体的生长技术鲜有报道。对于此类需求，传统方案还是通过后期晶体加工来实现，无疑增加了晶体生产周期及生产成本。

由于氟化物晶体热导率低、热膨胀系数相对较大，激光加工方案加工样品尺寸有限，工艺复杂也限制了此类方法的应用。

现有技术中存在的问题总结如下：

1、氟化物光学晶体，如氟化钙、氟化钡、氟化镁等，属于软脆类晶体，加工易开裂、加工成品率较低。而此类晶体在应用时经常需要加工成为中心带异型几何结构（如圆形、方形/三角形等）的元器件，进一步增加了加工难度。

2、随着加工技术的发展，高精度加工中心、激光加工等现代化加工技术逐渐引入到晶体加工行业，但针对氟化物类软脆类晶体仍存在加工成品率低、加工效率低等问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种中心异型氟化物光学晶体的制备装置，所述的这种中心异型氟化物光学晶体的制备装置要解决现有技术中中心异型氟化物光学晶体的加工难度大的技术问题。

本实用新型的一种中心异型氟化物光学晶体的制备装置，包括石墨坩埚，石墨坩埚内的中心位置设置有石墨异形件，石墨异形件的长度方向平行于石墨坩埚的高度方向，石墨异形件的一端设置有第一连接结构，石墨坩埚内设置有第二连接结构，第一连接结构与第二连接结构可拆卸连接。

进一步的，所述的第一连接结构为设置在石墨异形件一端的外螺纹，第二连接结构包括连接块，连接块上设置有螺纹孔，石墨异形件通过外螺纹与螺纹孔连接。

进一步的，所述的石墨坩埚包括埚盖，连接块设置在埚盖的下侧。

进一步的，所述的连接块设置在石墨坩埚中的底部。

进一步的，所述的石墨异形件的横截面为圆形或者方形、菱形、三角形等异形形状。

本实用新型还提供了一种利用上述装置实现的中心异型氟化物光学晶体的制备方法，包括以下步骤：

步骤10：将氟化物晶体原料放置到石墨坩埚内部，封上埚盖，等待晶体生长；

步骤20：在晶体生长的过程中，等待晶体与石墨异形件自行脱开。由于高温溶体与石墨不浸润，并且氟化物晶体较大的热膨胀系数，所以晶体与异型件模具将自行脱开；

步骤30：晶体生长结束，晶体与石墨异形件自行脱开后，将石墨异形件和埚盖取下，晶体取出后再按需加工。

本实用新型与现有技术相比，其效果是积极和明显的。本实用新型利用氟化物光学晶体（如氟化钙、氟化钡、氟化镁等）材料与石墨材料不浸润及热膨胀系数相对较大的特性，本实用新型针对有复杂几何结构的氟化物光学晶体的需求，根据氟化物晶体的生长特性，提出一种异形晶体生长方法，可实现异形几何结构氟化物晶体一次成型，可直接生长中心带有异形几何结构氟化物光学晶体，避免了后续繁琐的晶体加工过程，大幅降低晶体加工难度，提高晶体利用率及成品率。

附图说明

图1为本实用新型的一种中心异型氟化物光学晶体的制备装置的结构示意图。

图2为本实用新型的一种中心异型氟化物光学晶体的制备装置的分解结构示意图。

具体实施方式

实施例1

如图1和图2所示，本实用新型的一种中心异型氟化物光学晶体的制备装置，包括石墨坩埚1，石墨坩埚1内的中心位置设置有石墨异形件2，石墨异形件2的长度方向平行于石墨坩埚1的高度方向，石墨异形件2的一端设置有第一连接结构3，石墨坩埚1内设置有第二连接结构4，第一连接结构3与第二连接结构4可拆卸连接。

进一步的，所述的第一连接结构3为设置在石墨异形件2一端的外螺纹，第二连接结构4包括连接块7，连接块7上设置有螺纹孔6，石墨异形件2通过外螺纹与螺纹孔6连接。

进一步的，所述的石墨坩埚1包括埚盖5，连接块7设置在埚盖5的下侧。

进一步的，所述的连接块7设置在石墨坩埚1中的底部。

进一步的，所述的石墨异形件2的横截面为圆形或者方形、菱形、三角形等异形形状。

本实用新型还提供了一种中心异型氟化物光学晶体的制备方法，包括以下步骤：

步骤10：将氟化物晶体原料放置到石墨坩埚1内部，封上埚盖5，等待晶体生长；

步骤20：在晶体生长的过程中，由于高温溶体与石墨不浸润，并且氟化物晶体较大的热膨胀系数，因此等待晶体与石墨异形件自行脱开；

步骤30：晶体生长结束，晶体与石墨异形件自行脱开后，将石墨异形件2和埚盖5取下，晶体取出后再按需加工。

具体的，上述石墨坩埚1可用于温度梯度法、坩埚下降法等晶体生长方法。

具体的，本实施例中的石墨坩埚1、埚盖5、氟化物晶体原料等均采用现有技术中的公知方案，本领域技术人员均已了解，在此不再赘述。

本实施例的工作原理：

本实用新型利用氟化物光学晶体（如氟化钙、氟化钡、氟化镁等）材料与石墨材料不浸润及热膨胀系数相对较大的特性，针对有复杂几何结构的氟化物光学晶体，根据氟化物晶体的生长特性，提出一种异形晶体生长方法，可实现异形几何结构氟化物晶体一次成型，可直接生长中心带有异形几何结构氟化物光学晶体，避免了后续繁琐的晶体加工过程，大幅降低晶体加工难度，提高晶体利用率及成品率。

石墨异形件2与石墨坩埚1可拆卸连接，方便安装和拆卸以及更换石墨异形件2。

Claims (5)

1.一种中心异型氟化物光学晶体的制备装置，其特征在于，包括石墨坩埚，石墨坩埚内的中心位置设置有石墨异形件，石墨异形件的长度方向平行于石墨坩埚的高度方向，石墨异形件的一端设置有第一连接结构，石墨坩埚内设置有第二连接结构，第一连接结构与第二连接结构可拆卸连接。

2.根据权利要求1所述的一种中心异型氟化物光学晶体的制备装置，其特征在于，所述的第一连接结构为设置在石墨异形件一端的外螺纹，第二连接结构包括连接块，连接块上设置有螺纹孔，石墨异形件通过外螺纹与螺纹孔连接。

3.根据权利要求1所述的一种中心异型氟化物光学晶体的制备装置，其特征在于，所述的石墨坩埚包括埚盖，连接块设置在埚盖的下侧。

4.根据权利要求2所述的一种中心异型氟化物光学晶体的制备装置，其特征在于，所述的连接块设置在石墨坩埚中的底部。

5.根据权利要求1所述的一种中心异型氟化物光学晶体的制备装置，其特征在于，所述的石墨异形件的横截面为圆形或者方形、菱形、三角形。

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