CN215856441U - 一种基于水平定向凝固法生长晶体的加料结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于水平定向凝固法生长晶体的加料结构，包括单晶炉、备料室和加料管，单晶炉炉内依次形成有用于向坩埚内添加原料的备料区、用于熔融原料的熔料区以及晶体生长的生长区，备料室斜向设于单晶炉炉外并与备料区相对应，备料室呈柱形壳状结构，且开口朝上，在备料室开口端密封安装有密封盖，备料室底部与加料管进料口相连通，加料管出料口斜向穿入单晶炉炉内且出料口位于备料区上方，以与单晶炉炉体形成相连通的密闭空间；在加料管上靠近备料室底部一端安装有进料阀门，以通过进料阀门开闭控制原料进入坩埚内。本实用新型能够对单晶炉实现重复加料和熔料，并保持需要的真空度，不影响产品成型质量。

Description

一种基于水平定向凝固法生长晶体的加料结构

技术领域

本实用新型涉及晶体材料制备技术领域，具体涉及一种基于水平定向凝固法生长晶体的加料结构。

背景技术

水平定向凝固法是一种制备板条状大尺寸蓝宝石晶体、Re:YAG晶体，Ce:Y(Lu)AG/Al2O3共晶陶瓷等材料的方法。具有成本低、无核心侧心、生长周期短、晶体缺陷少等优点。

使用水平定向凝固法制备产品时，产品的长度和宽度可以通过坩埚尺寸调节，但高度方向尺寸往往受到较大限制，水平定向凝固法钨棒发热体的主要部分位于上下两端，为了保证竖直方向温度梯度较小而有利于晶体稳定生长，上下发热体必须保证较短间隔距离，这就要求坩埚的高度不能过高。为了尽可能提高原料密度，增大产品厚度（生长晶体的厚度），一般使用粉末原料压制的饼状或棒状原料。但即使如此，因为压制原料密度有限且块状原料之间存在间隙，成品毛坯的厚度往往只有坩埚的1/2左右，同时压制原料的过程除了会提高成本外，也增大了混入杂质的风险，影响了最终产品的质量。其次，在产品制备过程中，钼坩埚表面在高温下会有一定量的挥发，坩埚内壁的挥发物易附着在产品毛坯底部、侧面甚至产品内部形成缺陷源，影响产品质量与利用率。最后，在抽取真空过程中，原料易被抽取一部分，进一步影响产品厚度及利用率。

基于此，本申请人提出先充分受热坩埚，以去除坩埚表面易挥发物形成的杂质，再重复加料和熔料，直到原料添加到需要的量并熔化，最后再生长晶体，该方法能够较好地解决产品成型厚度等问题，但是，无论采用哪种方法生长晶体，首先都需要将炉内的空气抽净（即炉内需要密闭的空间），达到一定真空度后，才开始对晶炉进行加热、加料、熔料等，并且在整个过程中，真空抽取设备需要保持全程运行，以对炉内保温材料、晶体熔液排放出的气体和杂质及时排出炉外，否则会影响产品成型质量。而上述方法的核心是向坩埚中反复加料和熔料，以实现原料最大化添加，由于加料设备通常位于炉外，如果处理不好，可能导致加料过程出现炉内真空泄漏，影响晶体生长质量。因此，如何设计一种加料机构，以实现重复加料和熔料，并能保持需要的真空度，不会影响产品成型质量，是本领域技术人员亟待解决的问题。

实用新型内容

针对上述现有技术的不足，本实用新型所要解决的技术问题是：如何提供一种基于水平定向凝固法生长晶体的加料结构，能够对单晶炉实现重复加料和熔料，并保持需要的真空度，不影响产品成型质量。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用了如下的技术方案：

一种基于水平定向凝固法生长晶体的加料结构，包括单晶炉、备料室和加料管，单晶炉炉内依次形成有用于向坩埚内添加原料的备料区、用于熔融原料的熔料区以及晶体生长的生长区，备料室斜向设于单晶炉炉外并与备料区相对应，备料室呈柱形壳状结构，且开口朝上，在备料室开口端密封安装有密封盖，备料室底部与加料管进料口相连通，加料管出料口斜向穿入单晶炉炉内且出料口位于备料区上方，加料管与单晶炉连接位置密封处理，以与单晶炉炉体形成相连通的密闭空间；在加料管上靠近备料室底部一端安装有进料阀门，以通过进料阀门开闭控制原料进入坩埚内。

进一步地，加料管与备料室的接口位于备料室底部边缘，以使原料由自身重力进入加料管。

进一步地，在备料室开口端端面开设有环形凹槽，环形凹槽内密封安装有凸出备料室开口端端面的密封圈。

进一步地，备料室侧壁为双层结构，双层结构中间为中空腔体，备料室侧壁分别设有与中空腔体相连通的进水管和出水管，通过进水管和出水管使冷却水在中空腔体内循环以给备料室降温，防止备料室过热。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

1、备料室底部与加料管进料口相连通，加料管出料口与单晶炉相连通，从而使备料室与单晶炉形成相连通的密闭空间，并能保持需要的真空度；通过在加料管上安装进料阀门，以通过进料阀门控制原料进入坩埚内，同时能隔断备料室与单晶炉形成相连通的密闭空间。这样便实现对单晶炉重复加料和熔料，并保持需要的真空度，不影响产品成型质量。

2、备料室侧壁为双层结构构成的中空腔体，备料室侧壁分别设置与中空腔体相连通的进水管和出水管，通过进水管和出水管使冷却水在中空腔体内循环以给备料室降温，防止备料室过热，对密封圈结构造成影响。

3、加料管与备料室的接口位于备料室底部边缘，以使原料可由自身重力进入加料管。

附图说明

为了使实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步的详细描述，其中：

图1为本实用新型整体结构的示意图。

图中：备料室1、加料管2、密封盖3、进料阀门4、密封圈5、坩埚6。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步的详细说明。

如图1所示，本具体实施方式中的一种基于水平定向凝固法生长晶体的加料结构，包括单晶炉、备料室1和加料管2，单晶炉炉内依次形成有用于向坩埚内添加原料的备料区、用于熔融原料的熔料区以及晶体生长的生长区，备料室1斜向设于单晶炉炉外并与备料区相对应，备料室1呈柱形壳状结构，且开口朝上，在备料室1开口端密封安装有密封盖3，备料室底部与加料管2进料口相连通，加料管2出料口斜向穿入单晶炉炉内且出料口位于备料区上方，加料管与单晶炉连接位置密封处理，以与单晶炉炉体形成相连通的密闭空间；在加料管2上靠近备料室1底部一端安装有进料阀门4，以通过进料阀门4开闭控制原料进入坩埚6内。

本实用新型中，对单晶炉设备进行了改造，通过在单晶炉炉外斜向设置与备料区对应的备料室1，用于装载原料，备料室1可采用高温钼（0.5%镧钼合金）制作，备料室开口端通过密封盖密封连接，备料室底部与加料管2进料口相连通，加料管2出料口与单晶炉相连通，且加料管与单晶炉连接位置密封处理，从而使备料室与单晶炉形成相连通的密闭空间，并能保持需要的真空度。通过在加料管上安装进料阀门，以通过进料阀门控制原料进入坩埚内，同时能隔断备料室与单晶炉形成相连通的密闭空间。这样，便能实现对单晶炉重复加料和熔料，并保持需要的真空度，不影响产品成型质量。

具体实施时，为保证备料室1中原料全部通过加料管2进入坩埚6内，并且原料可因自身重力进入加料管，加料管2与备料室1的接口位于备料室底部边缘，以使原料由自身重力进入加料管2。

具体实施时，为了进一步提高密封盖3与备料室1的密封性，保持较高的密闭空间，可在备料室1开口端端面开设有环形凹槽，环形凹槽内密封安装有凸出备料室开口端端面的密封圈5，密封圈5可由耐高温橡胶材料制作，以进一步提高备料室1的密封性。

具体实施时，为避免单晶炉加热时，热量随加料管2传递至备料室1，对备料室上密封圈5的结构造成影响，降低备料室的密封性，备料室侧壁为双层结构构成的中空腔体，并在备料室侧壁分别设有与中空腔体连通的进水管和出水管，以通过进水管和出水管使冷却水在中空腔体内循环以给备料室降温，防止备料室1温度过热，对密封圈5结构造成影响。

本实用新型的加料过程如下：

首先关闭备料室1上的进料阀门4，将原料装入备料室1，并关闭备料室1上的密封盖3，以使备料室和单晶炉分别形成密闭空间，以便抽取单晶炉内真空。将无原料的坩埚放入运动导轨上的托盘中，移动导轨使空坩埚置于熔料区，开始抽取真空至5×10^-3Pa以下。保持真空抽取设备运行，启动加热电源，缓慢升温至预定温度。升温结束后，保持加热功率不变，缓慢移动坩埚6使坩埚各部分充分受热，持续一定时间以去除坩埚表面易挥发物，再开始加料。加料时将坩埚移动至备料区，缓慢打开进料阀门4，以使原料通过加料管2缓慢进入坩埚，并通过单晶炉上的观察孔观察，以确保原料未溢出坩埚，至此完成一次加料。在加料过程中，由于备料室开口端通过密封盖密封连接，在进料阀门4打开时，原料通过加料管进入坩埚内，同时备料室与单晶炉共同形成密闭空间，真空抽取设备仍稳定的运行，保持在需要的真空度。加料完成时关闭进料阀门4，此时备料室和单晶炉又单独形成密闭空间，同时真空抽取设备仍稳定的运行，保持在需要的真空度。通过观察孔确认加料管中原料完全进入坩埚6后，再将坩埚缓慢移动至熔料区，保持一段时间使原料完全熔化，此时坩埚中的原料变成了液体，坩埚中空余空间增大，如需要继续添加原料，可重复第一次加料流程，直到原料添加到需要的量并熔化。最后，将坩埚移动至生长区，保持相应加热功率和真空度开始生长晶体。这样便实现对单晶炉重复加料和熔料，并保持需要的真空度，不影响产品成型质量。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管通过参照本实用新型的优选实施例已经对本实用新型进行了描述，但本领域的普通技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变。凡是属于本实用新型的技术方案所引申出的显而易见的改变仍处于本实用新型的保护范围之列。

Claims (4)

1.一种基于水平定向凝固法生长晶体的加料结构，包括单晶炉，单晶炉炉内依次形成有用于向坩埚内添加原料的备料区、用于熔融原料的熔料区以及晶体生长的生长区，其特征在于，还包括备料室和加料管，备料室斜向设于单晶炉炉外并与备料区相对应，备料室呈柱形壳状结构，且开口朝上，在备料室开口端密封安装有密封盖，备料室底部与加料管进料口相连通，加料管出料口斜向穿入单晶炉炉内且出料口位于备料区上方，加料管与单晶炉连接位置密封处理，以与单晶炉炉体形成相连通的密闭空间；在加料管上靠近备料室底部一端安装有进料阀门，以通过进料阀门开闭控制原料进入坩埚内。

2.根据权利要求1所述的一种基于水平定向凝固法生长晶体的加料结构，其特征在于，加料管与备料室的接口位于备料室底部边缘，以使原料由自身重力进入加料管。

3.根据权利要求2所述的一种基于水平定向凝固法生长晶体的加料结构，其特征在于，在备料室开口端端面开设有环形凹槽，环形凹槽内密封安装有凸出备料室开口端端面的密封圈。

4.根据权利要求3所述的一种基于水平定向凝固法生长晶体的加料结构，其特征在于，备料室侧壁为双层结构，双层结构中间为中空腔体，备料室侧壁分别设有与中空腔体相连通的进水管和出水管，通过进水管和出水管使冷却水在中空腔体内循环以给备料室降温，防止备料室过热。

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