一种蓝宝石晶体生长用电源及其方法与流程

本发明涉及人工生产蓝宝石技术领域，具体为一种蓝宝石晶体生长用电源及其方法。

背景技术：

蓝宝石是刚玉宝石中除红宝石之外，其它颜色刚玉宝石的通称，主要成分是氧化铝，蓝色的蓝宝石，是由于其中混有少量钛和铁杂质所致，工业用蓝宝石是军用车辆用作透明装甲的材料，除钻石以外，蓝宝石的硬度强于其他任何天然材料，蓝宝石对于工业用处非常大，由于天然蓝宝石非常稀少，逐渐发展人工生长，蓝宝石晶体生长的过程希望供电非常稳定和适配，现有技术中的晶体生长用钨发热体是一个整体，在晶体生长的高度很高时，都加热到高温无此必要，只有晶体生长位置需要高温，其他位置，尤其是远离位置不需要，反而还降低各种设备的寿命，也浪费能源，为此，我们提出一种蓝宝石晶体生长用电源及其方法。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服现有技术的应对节能和适应梯度温度场能力不足，通过分离式的电源和钨加热环的集成，本申请给出了一种部分加热板块加热不足或者不加热，一样可以以节约的方式解决问题，且节约能源的技术方案。而提供一种性能稳定、节能降耗的蓝宝石晶体生长用电源及其方法，包括外壳、生长仓和传动仓，所述外壳内部设有生长仓和传动仓，所述生长仓内壁固定有隔热层，且隔热层内壁等距安装有若干钨加热环，所述外壳外侧安装有若干电源控制器，且电源控制器与钨加热环分别对应电路连接，所述电源控制器集成电路连接有fpga，且fpga电路连接有计算机。

作为优选，所述外壳顶部位于生长仓内固定有吊杆，且吊杆底端固定有籽晶。

作为优选，所述生长仓内位于籽晶外侧设有圆形坩埚，且圆形坩埚底部固定有托板，所述托板底面固定连接有螺纹套筒，且螺纹套筒底端穿过隔热层置于传动仓内部，所述传动仓底部中心处转动安装有螺纹杆，且螺纹杆顶端与螺纹套筒啮合连接。所述生长仓内安设有多个分布均匀的测温探头。

作为优选，所述螺纹杆底端外侧套设有从动锥齿轮，所述传动仓底部安装有转动电机，且转动电机输出端安装有主动锥齿轮，所述主动锥齿轮与从动锥齿轮啮合连接。

作为优选，所述螺纹套筒底端固定有导向板，所述传动仓内位于螺纹杆两侧对称固定有滑杆，且滑杆滑动穿过导向板。

作为优选，所述螺纹套筒、托板和吊杆均采用钨合金制成。

作为优选，所述隔热层为氧化锆砖制成。

作为优选，所述主动锥齿轮与从动锥齿轮传动比为五比一。

一种蓝宝石晶体生长用电源的配合长晶方法，根据所述的一种蓝宝石晶体生长用电源以实施，其特征在于：包括如下步骤：

1)准备步骤：根据晶体生长需要预设电源控制计划，根据预设的晶体生长速率，每阶段温度要求，设定出随着时间推移每个电源控制器的功率输出值，形成预设电源控制计划，通过计算机的控制系统与fpga的使用对电源控制器编程，可单独的控制调节每个钨加热环的温度；

2)演习步骤：在不实际引晶的情况下，模拟引晶过程，在圆形坩埚和托板上升的过程中按照预设电源控制计划予以加热，用预先安装的多个测温探头测定生长仓的各处温度是否符合预期，如果各处温度曲线偏离预期曲线的回归系数r均小于0.95，则进入步骤(3)，否则回到步骤(1)，重新调整预设电源控制计划。

3)对最上端钨加热环增压加热，使圆形坩埚内的原料融化；原料融化后，调节钨加热环的电压使圆形坩埚内熔体表面对流形态稳定，籽晶被消除内应力，并与熔体位置稳定。

4)籽晶开始放肩，升高电压促进籽晶放肩完成，再降低电压使晶体生长成型，此时控制下一层钨加热环温度逐渐升高。

5)开启转动电机缓慢转动通过主动锥齿轮与从动锥齿轮的传导使螺纹杆转动，从而使螺纹套筒带动圆形坩埚随着晶体的生长长度向下移动，当圆形坩埚下降后，原有位置的钨加热环会随着圆形坩埚的下降距离电压也会逐渐配合降低直至停止通压加热。

6)圆形坩埚到达最低点，相应的钨加热环加压，使晶体顺利收尾，再降压直至停止工作，长晶结束。

本发明的有益效果是：

1、本发明通过计算机的控制系统与fpga的使用对电源控制器编程，可单独的控制调节每个钨加热环的温度，便于调节与蓝宝石生长位置距离远的位置温度逐渐降低，节约电能的消耗，而且延长设备的使用寿命。从节能的角度讲，大块的钨加热器保持1000度以上高度消耗大量电能，但是其实让晶体保持温度，无需整块都加热到该温度，实际上如果拆分成多个钨加热环，在晶体上升的过程中，只需要让与晶体生长距离近的位置保持足够高温即可。还有的时候刻意地需要梯度温差，这样的问题本申请方案都能解决。

2、本发明对最上端钨加热环增压加热，使圆形坩埚内的原料融化，原料融化后，调节钨加热环的电压使圆形坩埚内熔体表面对流形态稳定，升高电压促进籽晶放肩完成，再降低电压使晶体生长成型，螺纹套筒带动圆形坩埚随着晶体的生长长度向下移动，圆形坩埚到达最低点，相应的钨加热环加压，使晶体顺利收尾，再降压直至停止工作，长晶结束，此蓝宝石晶体生长用装置，温度控制稳定，对蓝宝石的生长速度加快，生长质量精度高。

附图说明

图1是本发明整体剖视结构示意图；

图2是本发明电路控制结构示意图。

图中：1、外壳；2、生长仓；3、传动仓；4、隔热层；5、钨加热环；6、吊杆；7、籽晶；8、圆形坩埚；9、托板；10、螺纹套筒；11、导向板；12、滑杆；13、螺纹杆；14、从动锥齿轮；15、主动锥齿轮；16、转动电机；17、电源控制器；18、fpga；19、计算机。

具体实施方式

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

如图1-图2所示的一种蓝宝石晶体生长用电源，包括外壳1、生长仓2和传动仓3，所述外壳1内部设有生长仓2和传动仓3，所述生长仓2内壁固定有隔热层4，且隔热层4内壁等距安装有若干钨加热环5，所述外壳1外侧安装有若干电源控制器17，且电源控制器17与钨加热环5分别对应电路连接，所述电源控制器17集成电路连接有fpga18，且fpga18电路连接有计算机19。

所述外壳1顶部位于生长仓2内固定有吊杆6，且吊杆6底端固定有籽晶7，通过籽晶7作为根基，进行生长蓝宝石。

所述生长仓2内位于籽晶7外侧设有圆形坩埚8，且圆形坩埚8底部固定有托板9，所述托板9底面固定连接有螺纹套筒10，且螺纹套筒10底端穿过隔热层4置于传动仓3内部，所述传动仓3底部中心处转动安装有螺纹杆13，且螺纹杆13顶端与螺纹套筒10啮合连接，通过螺纹杆13的转动来控制螺纹套筒10带动圆形坩埚8的升降，从而确保生产蓝水晶的长度。所述生长仓内安设有多个分布均匀的测温探头。

所述螺纹杆13底端外侧套设有从动锥齿轮14，所述传动仓3底部安装有转动电机16，且转动电机16输出端安装有主动锥齿轮15，所述主动锥齿轮15与从动锥齿轮14啮合连接，转动电机16的转动，通过主动锥齿轮15与从动锥齿轮14的传动实现圆形坩埚8的升降。

所述螺纹套筒10底端固定有导向板11，所述传动仓3内位于螺纹杆13两侧对称固定有滑杆12，且滑杆12滑动穿过导向板11。

所述螺纹套筒10、托板9和吊杆6均采用钨合金制成，熔点高，耐热性好。

所述隔热层4为氧化锆砖制成，耐热性能好，温度隔绝性能好。

所述主动锥齿轮15与从动锥齿轮14传动比为五比一，减缓螺纹杆13的转速，提高高度调节精度。

一种蓝宝石晶体生长用电源的配合长晶方法，根据一种蓝宝石晶体生长用电源以实施，其特征在于：包括如下步骤：

1)准备步骤：根据晶体生长需要预设电源控制计划，根据预设的晶体生长速率，每阶段温度要求，设定出随着时间推移每个电源控制器的功率输出值，形成预设电源控制计划，通过计算机19的控制系统与fpga18的使用对电源控制器17编程，可单独的控制调节每个钨加热环5的温度。

2)演习步骤：在不实际引晶的情况下，模拟引晶过程，在圆形坩埚8和托板9上升的过程中按照预设电源控制计划予以加热，用预先安装的多个测温探头测定生长仓2的各处温度是否符合预期，如果各处温度曲线偏离预期曲线的回归系数r均小于0.95，则进入步骤(3)，否则回到步骤(1)，重新调整预设电源控制计划。

3)对最上端钨加热环5增压加热，使圆形坩埚8内的原料融化；原料融化后，调节钨加热环5的电压使圆形坩埚8内熔体表面对流形态稳定，籽晶7被消除内应力，并与熔体位置稳定。

4)籽晶7开始放肩，升高电压促进籽晶7放肩完成，再降低电压使晶体生长成型，此时控制下一层钨加热环5温度逐渐升高。

5)开启转动电机16缓慢转动通过主动锥齿轮15与从动锥齿轮14的传导使螺纹杆13转动，从而使螺纹套筒10带动圆形坩埚8随着晶体的生长长度向下移动，当圆形坩埚8下降后，原有位置的钨加热环5会随着圆形坩埚8的下降距离电压也会逐渐配合降低直至停止通压加热。

6)圆形坩埚8到达最低点，相应的钨加热环5加压，使晶体顺利收尾，再降压直至停止工作，长晶结束。

本具体实施方式的工作原理：通过计算机19的控制系统与fpga18的使用对电源控制器17编程，可单独的控制调节每个钨加热环5的温度，对最上端钨加热环5增压加热，使圆形坩埚8内的原料融化，原料融化后，调节钨加热环5的电压使圆形坩埚8内熔体表面对流形态稳定，籽晶7被消除内应力，并与熔体位置稳定，籽晶7开始放肩，升高电压促进籽晶7放肩完成，再降低电压使晶体生长成型，此时控制下一层钨加热环5温度逐渐升高，开启转动电机16缓慢转动通过主动锥齿轮15与从动锥齿轮14的传导使螺纹杆13转动，从而使螺纹套筒10带动圆形坩埚8随着晶体的生长长度向下移动，当圆形坩埚8下降后，原有位置的钨加热环5会随着圆形坩埚8的下降距离电压也会逐渐配合降低直至停止通压加热，圆形坩埚8到达最低点，相应的钨加热环5加压，使晶体顺利收尾，再降压直至停止工作，长晶结束。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。