TW201229335A - Plant for the continuous production of millimetre-sized balls of mixed oxides for the production of synthetic crystals - Google Patents

Description

201229335 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種混合氧化物毫米球珠製造裝置，該等 毫米球珠用於製造合成晶體，尤其係用於藉由平均直徑在 ， 20微米至100微米之間的氧化鋁毫米球珠製造合成藍寶石 .之氧化鋁毫米球珠，以及一種藉由上述裝置持續製造氧化 銘毫米球珠之方法。 【先前技術】 為製造合成藍寶石並達到所需之質量及純度，需熔融不 同形式之氧化鋁，如粉末、粒狀或片狀粉末、微珠、藍寶 石破碎晶體或碎裂晶體❶單獨使用粉末無法得到足夠密度 之產物以一次性填滿用於熔融爐料之坩堝；此外，進行熔 融時，釋放出之熱氣會揚起粉狀微粒：因此，至少需要經 過擠壓甚至燒結之粉狀顆粒來限制在熔融時出現此類現 象。通常傾向於使用預結晶狀之上述不同元素之混合物， 以試圖獲得可保證產量之良好表觀密度。然而，雖然市場 需求日益增長’但破碎晶體卻很短缺；微珠具有很強之可 鑄性，可與破碎晶體或再熔晶體混合；但是，由於微珠體 積過小’若過量使用’則很難對其進行快速除氣；此可能 ' 導致所獲得之藍寶石晶體中出現氣泡型缺陷。 【發明内容】 發明人已研製出一種用於生產平均直徑可在1毫米至 毫米之間調整之超純緻密氧化鋁球珠或球體之裝置及方 法。借助此等密度接近3.98之毫米球珠可獲得大於2之表 159423.doc 201229335 觀密度 而此隨後可以較高 石。 之產量製造優質之合成藍寶 根據本發明之裝置之特徵在於， 中之㈣熱材料製成之管狀㈣，於絕緣陶竞管 加熱設備；_底部配備至少一個二 =為…感應 A ^ , 如内從為〇.5毫米至2毫米 之細官出口；上述組件在長度大 ^ ^ ^ ^ ^ 於坩堝且有中性氣體流動 央S中處於受控氣氛之下’使在坩堝細管出口下端形 成之溶融氧化紹液滴自由下^石英管中並藉由溫度輻射 而冷卻；石英管下部配備毫米網眼之筛網，可在需要時分 割較大之氧仙液滴；且—加速預冷卻設備可使毫米球珠 先進行冷卻’再排人裝有可能有助於運送球珠之冷卻液之 容器中。 根據-較佳實施例，本發明之裝置之特徵在於，加速冷 卻設備為一傾斜導管，較佳由黃銅製成，且具有冷卻構 件。 根據實施例之一變化，本發明之裝置之特徵在於，一坩 禍持續裝填设備位於掛禍上方，且具有一配備開口之微珠 容器，微珠因重力而自該等開口中排出，且由一管引向坩 堝；微珠之排量由一有序控制該開口開合之活塞來調節。 根據實施例之一變化，本發明之裝置之特徵在於，微珠 之排量受到調節’以使熔融爐料於坩堝内之停留時間至少 為約10秒。 σ 〇 根據實施例之一變化’本發明之裝置之特徵在於，坩堝 底部為平面，且包含一或多個細管出 159423 .doc 201229335 根據實施例之另一變化，本發明之裝置之特徵在於，掛 禍底部為錐形’且僅包含一個細管出口。 根據一較佳實施例，本發明之裝置之特徵在於，坩堝之 间度至少為50毫米；坩禍之内徑至少為20毫米。 根據實施例之另一變化，本發明之裝置之特徵在於，細 管之内徑在0.5毫米至2毫米之間，高度在2毫米至5毫米之 間’且外徑在i毫米至6毫米之間。 本發明亦係關於一種藉由前述裝置製造球珠之方法。該 方法包括以下步驟： -使中性氣體在該裝置内持續流通，以維持受控氣氛， 並最終藉由液封來控制密封， -有序地向加熱至205(TC以上之坩堝裝填平均直徑在2〇 微米至100微米之間的氧化鋁微珠，以使該等微珠停 留至少10秒， _該坩堝細管出口下端形成之液滴流至石英管中，並在 需要時藉由該毫米網眼之篩網分割， -最後流至預冷卻黃鋼導管中， -將該等球珠收集於裝有可能有助於運送該等球珠或球 體之冷卻液之容器中。 【實施方式】 以下將結合附圖說明本發明。 本發明之裝置包含圓筒狀掛职，其由耐熱金屬製成， 例如銥”，且其位於由氧化鋁或氧化鉛等絕緣陶 究製成之圓柱形底座2上。坩堝之直徑在2〇毫米至8〇毫米 159423.doc 201229335 之間，高度至少為50毫米。坩堝1上置有同樣由絕緣陶竟 製成之體積相應之管3。該絕緣陶瓷管3環繞有感應加熱設 備4。掛禍下端為平面’且配備多個細管開口，該等開口 之平均直徑在0.5毫米至2毫米之間，高度在2毫米至5毫米 之間。坩堝1之底部亦可為配備單個開口之錐形。 由财堝1、陶瓷管3及加熱設備組成之組件位於長約2米 之垂直石英管5中。石英管5下部配備有毫米篩網6。石英 管5之下端密封地固定有漏斗7，漏斗7連接配備有冷卻構 件（圖中未示）之傾斜導管8。導管8之下端通入用於收集所 形成之毫米球珠之容器9中。漏斗7與導管8原則上由黃銅 製成。容器9中裝有冷卻液，冷卻液可能有助於運送球 珠，具體取決於裝置。 官之上部配備有氧化鋁球珠裝填設備10。該設備10配備 可持續裝填掛禍之構件。其包含_配備開口之微珠容器， ，並由一敏密氧化銘 合 微珠因重力而自該等開口中排出 成藍寶石或貴金屬管引向 該開口開合之活塞來調節 如氬氣等中性氣體流通； 現0 堆禍。微珠之排量由一有序控制 。石英管5氣密封閉，且保證諸 石英管内部之密封借助液封而實 感應加熱設備4可保證掛蜗内部之溫度在薦t左右。 現說明毫米球珠之製作方法。 首先確保中性氣體於裝 ^ ^ 衣置内持續流通，以控制封殼之氣 汛，封喊之密封借助液封

, 貫現。有序地向加熱至2050°C 以上之坩堝裝填平均 k在20微米至100微米之間的氧化 J59423.doc 201229335 铭微珠’以使微珠停留至少十 蒸發之必要睥門站龄真 此為微珠液化及氣體 要時間，以使質量儘可能地均句。液滴經由細管 流出坩堝1底部之一或多個開口， 中因番* it # 龙在石央目5之中性氣氛 中因重力下洛’若液滴體積大於毫米筛網6之網眼，則藉 由上述筛網分割。在下落過程中，液滴藉由溫度輻射進行 初次冷卻。隨後，其由漏斗7收集，流向傾斜之黃銅導管8 並再次冷卻。導管8係傾斜的，此可保證液滴接觸導管並 在液滴移動過程中加速其冷卻。在導管8下端之容器9中收 集直徑約為0.3毫米至4毫米之球珠或球體。該容器中襞有 對球珠進行最後冷卻之冷特，此可能有助於將球珠運送 至另一儲存處，具體取決於裝置。 已經進行之實驗可獲得《相（晶相）氧化鋁化學純度為 99.998%且表觀密度或絕對密度大於2之毫米球珠或球 相同之持續製造方法適用於所有具有類似黏度及表面張 力等物理性質之材料類型。 以上僅論述掺有氧化鋁或例如紀鋁石榴石（丫3八丨5〇12)等 混合氧化化合物之情況。 【圖式簡單說明】 圖1為坩堝之側視圖； 圖2為絕緣陶瓷管之側視圖； 圖3為掛塥及帶加熱構件之陶莞管組件之側視圖； 圖4為本發明之裝置之整體側面示意圖。 【主要元件符號說明】 1 坩堝 159423.doc 201229335 2 3 4 5 6 7 8 9 10 圓柱形底座 絕緣陶瓷管 加熱設備 石英管 篩網 漏斗 導管 容器 裝填設備 159423.doc

Claims (1)

1. 201229335 七、申請專利範園： 1. 一種混合氧化物毫米球珠持續製造裝置，該等毫米球珠 用於製造合成晶體，尤其係用於藉由平均直徑在2〇微米 至100微米之間的氧化鋁毫米球珠製造合成藍寶石之氧 化鋁毫米球珠，該裝置特徵在於，該裝置包含一位於絕 緣陶瓷管（3)中之由耐熱材料製成之管狀坩堝（丨），該陶 瓷管為該坩堝（1)之感應加熱設備（4);該坩堝底部配 備至少一個内徑為0.5毫米至2毫米之細管出口；上述組 件（1、3、4)在長度大於該坩堝（1)且有中性氣體流動之 石英管（5)中處於受控氣氛之下，使在該坩堝（丨）之該細 管出口下端形成之熔融氧化鋁液滴自由下落至該石英管 (5)中並藉由溫度輻射而冷卻；該石英管（5)下部配備毫 米網眼之篩網（6)，可在需要時分割較大之該等氧化鋁液 滴；且一加速預冷卻設備（7、8)可使毫米球珠先進行冷 卻，再排入裝有可能有助於運送該等球珠之冷卻液之容 器（9)中。 2·如π求項1之裝置，其中該加速冷卻設備為一傾斜導管 (8) ’較佳由黃銅製成，且具有冷卻構件。 3·如請求項丨或2之裝置’其中一坩堝持續裝填設備（1〇)位 於該掛禍⑴上方，且具有-配備開口之微珠容器，該等 微珠因重力而自該等開口中排出，並由—管引向該掛 堝；該等微珠之排量由一有序控制所述開口開合之活塞 來調節。 4·如請求項3之裝置，其中該等微珠之該排量受到調節， 159423.doc 201229335 使^爐枓於該掛禍内之停 5·如請求項…中任一項之裝置，其^為力叫。 面，且包含夕/ 其中该坩堝底部為平 ^ 3 或多個細管出口。 6. 如請求項丨至4中任一項之 形，且僅包含個έ其山 〃中該坩堝底部為錐 丨里巴3 —個細管出口。 7. 如π求項1至6令任一項之裝置其 為50享伞· 4 Τ这掛瑪之鬲度至少 ”、、毫未，该坩堝之内徑至少為20毫米。 8. 如請求項丨至7中任一項之 ζ、 来至a 、置其中細管之内徑在〇-5毫 毫未之間，高度在2毫米至5毫„ 毫米至6毫米之間。 至5毫未之間，且外徑在！ 9. 一種混合氧化物毫米球珠生產方法， 製造合成晶體，尤其係 〃毫未球珠用於 求項中任⑦t 下步驟藉由如前述請 袞項中任一項之裝置製造合 珠： 取監實石之氧化鋁毫米球 使中性氣體在該裝置内持蜻 並昜綠蘊士冰土出 持續Μ，以特受控氣氛， 並最終藉由液封來控制密封， 有序地向加熱至2〇5〇°C以上之 微米至100微米之間的氧 、、平均直徑在20 至少〗。秒， 氧化紹微珠’以使該等微珠停留 該掛禍細管出口下姓形氺+ & +丄 形成之液滴流至石英管令，並在 需要時藉由該毫米網眼之篩網分割， 最後流至預冷卻黃鋼導管中， 將該等球珠收集於裝有可栌 彳"有助於運送該等球珠或球 體之冷卻液之容器申。 159423.doc