专利名称：一种易碎裂大尺寸单晶切割固定设备及其工作方法
技术领域：
本发明涉及一种易碎裂大尺寸单晶切割固定设备及其工作方法，属于单晶材料加工技术领域。
背景技术：
核聚变有可能为人类提供几乎是取之不尽用之不竭的清洁能源，是科学家长期探索的领域。与核裂变依靠原子核分裂释放能量不同，聚变由较轻原子核聚合成较重原子核释放能量，常见的是由氢的同位素氘与氚聚合成氦释放能量。与核裂变相比，核聚变能储量更丰富，几乎用之不竭，且干净安全。当星体内部存在巨大压力，核聚变能在约1000万摄氏度的高温下完成；在压力小很多的地球，核聚变所需温度达到1亿摄氏度。“点火装置”将通过汇聚大功率激光束实现这一高温。超大激光器的建成首先将确保无需地下核试验的情况下保证核武库的持续可靠性，其次把和平利用核聚变能源的物理学理论转变为工程实际， 是科学家梦寐以求的目标。相关研究被称为惯性约束核聚变(ICF)工程，目前世界大国皆投巨资研究受控核聚变装置，这是一项体现综合国力的重大工程。在ICF工程中，大尺寸优质KDP (磷酸二氢钾)及DKDP (磷酸二氘钾)晶体是高功率激光驱动器中倍频器件和电光器件不可替代的关键材料。多年来，西方国家为阻碍我国重要工程和激光武器的发展进程， 对大尺寸KDP晶体实施技术封锁和产品禁运。近年来，随着我国核爆模拟技术的发展，对KDP/DKDP (磷酸二氘钾)晶体成型坯片质量要求越来越高，成型坯片尺寸要求越来越大，对口径的要求已由“十五” 330mmX 330mm 扩展“i^一五”420mmX420mm。而且由于切割I类倍频420mmX420mm 口径KDP晶体坯片需要550mmX550mm尺寸左右的晶体才能完成，如此超大尺寸的晶体生长、前期加工工艺参数与原有尺寸晶体生长有很大差异，晶体在生长、搬运和加工过程中极易碎裂，获得合格元件难度很大。所以针对大尺寸KDP晶体的粗加工研究不仅具有重要的实际和重大的政治意义，而且迫在眉睫。由于ICF工程的需要，我国从“七五”起即将KDP/DKDP晶体生长技术研究列入国家“863”高技术计划。山东大学得到持续资助从事大口径KDP(DKDP)生长和加工研究，在大尺寸KDP晶体生长工艺完善和DKDP晶体生长工艺探索以及前期加工设备研制、工艺完善等进行了大量工作，技术上获得了较大突破，晶体生长方法和技术已申请三项发明专利，其中两项已授权。KDP晶体生长周期长(12-18个月)，难度大。由于晶体本身各向异性的特点，生长过程中晶体极易开裂，成功率较低；又由于晶体本身应力较大，成型坯片和整个晶体都可能由于在晶体切割加工过程中晶体的固定方式、刀具运转参数、室内温差变化等因素，造成晶体灾难性碎裂。难度最大的是I、II类成型坯片的切割，其中切割I类坯片，需要晶体的尺寸为坯片尺寸的1. 25倍，如I类坯片尺寸为420mm，则需要单晶体尺寸为530mm。2006-2007年我们利用联合研制的大口径水溶性晶体切割机，通过几种特别的固定方式，配合其他优化工艺参数成功切割加工多块大口径晶体，并为国家工程提供330mmX330mm-420mmX420mm大口径I、II类成型坯片近50片，是国家“0902”重大工程使用KDP晶体坯片主要的供货单位。由于该晶体使用的特殊性和重要性，相关技术和方法国外难见任何报道。
发明内容
针对大口径晶体切割加工过程中，晶体本身和成型坯片易碎裂以及成型坯片定向精度容易偏离等问题，本发明提供一种易碎裂大尺寸单晶切割固定设备及其工作方法。本发明是由以下技术方案实现的一种易碎裂大尺寸单晶切割固定设备，包括切割机载物台、磁力器、钢板和螺杆， 在磁力器一侧固定一块钢板，钢板与磁力器互相垂直，钢板上均勻设置6-12个螺杆；切割固定设备固定在切割机载物台上，磁力器底面与切割机载物台紧密、固定接触。所述的切割机载物台上设有放置待切割晶体的垫板，垫板上设置3_5mm橡皮软垫或10-30mm泡绵。所述的钢板厚度为5-10mm，高度为250_400mm，宽度为10_250mm。一种易碎裂大尺寸单晶切割固定设备的工作方法如下1)将待切割晶体放置在垫板上，再将待切割晶体与垫板一起放置在切割机载物台上；2)将切割固定设备固定在切割机载物台上，并位于待切割晶体两侧；3)调节切割固定设备上的螺杆，通过螺杆调整好晶体角度并使晶体固定；4)在待切割晶体将要切割的一端设置挡板，以防止切割完成的坯片倾倒、破碎；5)在待切割晶体最容易碎裂的上下边沿处设置防破碎粘条；6)开始切割。其中步骤幻所述的防破碎粘条为有机玻璃条或玻璃条或钢锯条中的一或两种或三种。刚切割下的晶体坯片尺寸较大，厚度较薄，I类420mm成型坯片切割时，一般口径大于420mmX700mm，厚度为15mm左右；II类420mm成型坯片切割时，一般口径大于 450mmX 450mm，厚度为15mm左右；坯片加工过程中，大晶体和坯片都容易碎裂，造成灾难性后果。每片切割前，在晶片最容易碎裂的上下边不影响成型坯片的地方，胶贴有机玻璃条， 或玻璃条，或钢锯条等(图5所示)，增强晶片强度可以有效地防止晶片碎裂，待整型时，将无用部分切除。本发明通过多次实验，自制晶体固定设备，并确定出了安全可行的切割方法。
图1是KDP/DKDP晶体I类成型坯片的空间方向定义图。图2是KDP/DKDP晶体II类成型坯片的空间方向定义图。图3是单晶切割固定设备结构示意图。图4是晶体固定装置使用示意图。图5是晶体切割过程防止晶体毛坯坯片碎裂方法示意图。其中，1、待切割晶体毛坯，2、切割成型的晶体坯片，3、防破碎粘条。
具体实施例方式实施例1 一种易碎裂大尺寸单晶切割固定设备，包括磁力器、钢板和螺杆，在磁力器一侧固定一块钢板，钢板与磁力器互相垂直，钢板上均勻设置6-12个螺杆；将切割固定设备固定在切割机载物台上，磁力器底面与切割机载物台紧密固定接触。所述的切割机载物台上设有放置待切割晶体的垫板，垫板上设置3mm橡皮软垫。所述的钢板厚度为5mm，高度为250mm，宽度为10mm。一种易碎裂大尺寸单晶切割固定设备的工作方法，工作方法如下1)将待切割晶体放置在垫板上，再将待切割晶体与垫板一起放置在切割机载物台上；2)将切割固定设备固定在切割机载物台上并位于待切割晶体两侧；3)调节切割固定设备上的螺杆，通过螺杆调整好晶体角度并使晶体固定；4)在待切割晶体将要切割的一端设置挡板，以防止切割完成的坯片倾倒、破碎；5)在待切割晶体最容易碎裂的上下边沿处设置防破碎粘条；6)开始切割。步骤幻所述的防破碎粘条为有机玻璃条。实施例2 单晶切割固定设备和晶切割固定设备的工作方法与实施例1相同，不同的是单晶切割固定设备的载物台上设有放置待切割晶体的垫板，垫板上设置4mm橡皮软垫。所述的钢板厚度为8mm，高度为300mm，宽度为100mm。方法的步骤幻所述的防破碎粘条为有机玻璃条和玻璃条共用。实施例3 单晶切割固定设备和晶切割固定设备的工作方法与实施例1相同，不同的是单晶切割固定设备的载物台上设有放置待切割晶体的垫板，垫板上设置5mm橡皮软垫。所述的钢板厚度为10mm，高度为400mm，宽度为250mm。方法的步骤幻所述的防破碎粘条为有机玻璃条和钢锯条共用。实施例4 单晶切割固定设备和晶切割固定设备的工作方法与实施例1相同，不同的是单晶切割固定设备的载物台上设有放置待切割晶体的垫板，垫板上设置20mm泡绵。方法的步骤幻所述的防破碎粘条为有机玻璃条、玻璃条和钢锯条共用。
权利要求
1.一种易碎裂大尺寸单晶切割固定设备，包括切割机载物台、磁力器、钢板和螺杆，其特征在于，在磁力器一侧固定一块钢板，钢板与磁力器互相垂直，钢板上均勻设置6-12个螺杆；切割固定设备固定在切割机载物台上，磁力器底面与切割机载物台紧密、固定接触。
2.如权利要求1所述的一种易碎裂大尺寸单晶切割固定设备，其特征在于，所述的切割机载物台上设有放置待切割晶体的垫板，垫板上设置3-5mm橡皮软垫或10_30mm泡绵。
3.如权利要求1所述的一种易碎裂大尺寸单晶切割固定设备，其特征在于，所述的钢板厚度为5-10mm，高度为250-400mm，宽度为10_250mm。
4.一种易碎裂大尺寸单晶切割固定设备的工作方法，其特征在于，工作方法如下1)将待切割晶体放置在垫板上，再将待切割晶体与垫板一起放置在切割机载物台上；2)将切割固定设备固定在切割机载物台上，并位于待切割晶体两侧；3)调节切割固定设备上的螺杆，通过螺杆调整好晶体角度并使晶体固定；4)在待切割晶体将要切割的一端设置挡板，以防止切割完成的坯片倾倒、破碎；5)在待切割晶体最容易碎裂的上下边沿处设置防破碎粘条；6)开始切割；其中步骤幻所述的防破碎粘条为有机玻璃条或玻璃条或钢锯条中的一或两种或三种。
全文摘要
一种易碎裂大尺寸单晶切割固定设备及其工作方法，属于单晶材料加工技术领域。切割固定设备利用磁力器研制而成；防止成型碎裂的方法是切割前，将待切割晶体放置在相对恒温的切割机室内，室内昼夜温差为±1℃，放置7-10天；将待切割晶体放在垫板上，将切割固定设备固定在切割机载物台上，使垫板固定；利用切割固定设备上的螺杆多点或小接触面接触晶体，使晶体固定，调整好晶体角度；在待切割成型坯片一端设置橡胶垫和挡板，挡板固定在载物台上，在待切割成型坯片最容易碎裂的上下边沿不影响坯片成型处，胶贴有机玻璃条、玻璃条或钢锯条；切割完成的成型坯片安全取出，将无用部分切除。本发明有效解决了晶体切割前的固定和成型坯片易碎裂的问题。
文档编号B28D5/00GK102229210SQ20111015907
公开日2011年11月2日 申请日期2011年6月14日 优先权日2011年6月14日
发明者孙洵, 李毅平, 王光林, 王圣来, 王正平, 许心光, 顾庆天, 齐开亮 申请人:山东大学