一种温场移动制备蓝宝石单晶体的方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及蓝宝石晶体制备技术领域，具体的说是一种温场移动制备蓝宝石单晶体的方法及装置。
【背景技术】
[0002]蓝宝石α-Α1203单晶体具有优良的光学、力学、热学、介电、耐腐蚀等性能，在可见和红外波段具有较高的透光率以及较宽的透过带，与众多其他光学窗口材料相比，有更加稳定的化学性能和热力学性能，如抗酸碱腐蚀，耐高温，高硬度、高拉伸强度、高热导率和显著的抗热冲击性。上述性质使得蓝宝石材料被广泛应用于宽禁带半导体材料如氮化镓的衬底、飞秒激光器基质材料、军事红外窗口、航空航天中波透红外窗口材料等方面，涉及到科学技术、国防与民用工业等诸多领域。
[0003]目前，生长大尺寸蓝宝石单晶体的方法有泡生法、导模法、热交换法、水平区熔法等。这些方法中或采用单晶提拉移动或采用坩祸带着原料和晶体一起移动，没有发热体移动而坩祸不动的蓝宝石生长设备，且所有的生长蓝宝石的设备都是通过输入功率间接调控蓝宝石晶体生长界面温度，无法做到精确及时调控蓝宝石晶体生长界面温度，从而影响蓝宝石生长的速度和质量。
【发明内容】
[0004]针对上述现有技术中蓝宝石生产工艺存在的晶体生长温度无法精确调控导致的晶体生长缓慢、质量差等问题，本发明提供一种温场移动制备蓝宝石单晶体的方法及装置。
[0005]为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为:
一种温场移动制备蓝宝石单晶体的方法，采用电阻式发热体在坩祸外部设置不同温区的温场，温场分为结晶区和熔融区两个温场或者结晶区、熔融区和预热区三个温场，每个温场独立加热、独立控温、独立在控制面板上显示温度，通过温场移动，始终保持晶体生长的界面和发热体形成的温场相对位置不变，通过控制温场的温度使温场温度符合晶体生长的最佳温度范围；
该制备方法的具体操作步骤为:装料一关丨? 一抽真空一加热一调节各温区温度一原料恪化一接种一启动温场移动机构一温场整体缓慢向下移动一晶体生长一晶体生长结束一降温一打开炉门一取出晶体，整个结晶过程，通过调节不同温区温度变化，实现晶体的快速高质量生长；
所述的温场移动方向适应于立式坩祸的上下移动，也可用于水平坩祸的左右移动；
所述发热体为钨发热体、钼发热体、石墨发热体或二硼化锆复合陶瓷发热体；
一种用于如上所述的温场移动制备蓝宝石单晶体的装置，该装置包括温场移动机构、坩祸固定机构及顶端开口的坩祸，所述温场移动机构设置在坩祸外部，坩祸固定机构穿过温场移动机构设置在坩祸的顶端；所述温场移动机构设有多根长条状发热体、温区分隔板、炉膛保温层、温场移动丝杠、丝杠连接杆、顶杆、电机及电机臂，所述发热体对称设置在坩祸的两侧，且在坩祸外部自上向下形成低温结晶区和高温熔融区，发热体端部均固定设置在炉膛保温层内壁上，温区分隔板设置在高温熔融区和低温结晶区之间，温场移动丝杠对称且平行设置在炉膛保温层的两侧，且一端固定设置在炉膛保温层底部的电机臂上，另一端穿过丝杠连接杆，丝杠连接杆垂直固定在炉膛保温层的外壁上，顶杆的一端设置在坩祸的底部，另一端穿过炉膛保温层与电机垂直连接；所述坩祸固定机构由水平吊杆、竖直吊杆及籽晶吊杆组成，竖直吊杆一端与坩祸顶端固定连接，另一端穿过炉膛保温层与水平吊杆固定连接，籽晶吊杆设置在竖直吊杆内，且籽晶吊杆的底部设置在坩祸的顶端，籽晶吊杆的顶部与水平吊杆固定连接；
所述发热体水平设置在坩祸的两侧；
所述温区分隔板呈环形，其环形外壁与炉膛保温层内壁固定连接，环形内壁与坩祸间隙配合；
所述籽晶吊杆的底部设置在坩祸顶端的中心。
[0006]本发明的有益效果:
本发明提供的温场移动制备蓝宝石单晶体的方法，采用电阻式发热体在坩祸外部设置不同温区的温场，温场分为结晶区和熔融区两个温场或者结晶区、熔融区和预热区三个温场，每个温场独立加热、独立控温、独立在控制面板上显示温度，通过温场移动，始终保持晶体生长的界面和发热体形成的温场相对位置不变，通过控制温场的温度使温场温度符合晶体生长的最佳温度范围，可以制备大尺寸片状蓝宝石单晶体，且蓝宝石单晶体的生长周期短、成品率高、晶体利用率高、生产成本低，制备的大片状蓝宝石单晶体能够满足一些大尺寸特殊光学窗口的要求；本发明通过采用精确控发热体产生的温度梯度和温场向一个方向不断移动的方法，具有温场的温度梯度不受其他因素影响、能够精确的控温满足晶体不断生长需要的特点，使得制备的蓝宝石单晶体结晶速度快、生长周期短、成品率高、产品成本低；
本发明提供的温场移动制备蓝宝石单晶体的装置，通过设置温场移动机构及坩祸固定机构，实现坩祸固定，温场移动，从而始终保持晶体生长的界面和发热体形成的温场相对位置不变，通过控制温场的温度使温场温度符合晶体生长的最佳温度范围；本装置结构简单，方便实用。
【附图说明】
[0007]图1本发明结构示意图；
图2本发明温场移动示意图；
附图标记:1、水平吊杆，2、竖直吊杆，3、籽晶吊杆，4、炉膛保温层，5、发热体，6、籽晶，7、蓝宝石晶体，8、温区分隔板，9、坩祸，10、氧化铝熔体，11、顶杆，12、电机，13、电机臂，14、温场移动丝杠，15、丝杠连接杆。
【具体实施方式】
[0008]下面结合【具体实施方式】对本发明做进一步的阐述。
[0009]一种温场移动制备蓝宝石单晶体的方法，采用电阻式发热体在坩祸外部设置不同温区的温场，温场分为结晶区和熔融区两个温场或者结晶区、熔融区和预热区三个温场，每个温场独立加热、独立控温、独立在控制面板上显示温度，通过温场移动，始终保持晶体生长的界面和发热体形成的温场相对位置不变，通过控制温场的温度使温场温度符合晶体生长的最佳温度范围；
本发明采用电阻式发热体设置不同温区的温场，发热体可以是钨发热体、钼发热体、石墨发热体、二硼化锆复合陶瓷发热体当中的一种，所述的温场移动方向适应于立式坩祸的上下移动，也可用于水平坩祸的左右移动。温场分为结晶区、熔融区，两个温场独立加热、独立控温、独立在面板上显示温度，通过控制两个温场的温度使其符合晶体生长的最佳温度范围，通过缓慢的移动发热体，始终保持晶体生长的界面和发热体形成的温场相对位置不变。蓝宝石单晶体制备过程中坩祸不动，在温场的缓慢移动下，晶体不断长大。具体的制备蓝宝石单晶体的操作方法为:装料一关门一抽真空一通惰性气体一加热一调节各温区温度一原料恪化一接种一启动温场移动机构一温场整体缓慢向下移动一晶体生长一晶体生长结束一降温一打开炉门一取出晶体，整个结晶过程，通过调节不同温区温度变化，实现晶体的快速高质量生长。
[0010]如图所示:一种用于如上所述的温场移动制备蓝宝石单晶体的装置，该装置包括温场移动机构、坩祸固定机构及顶端开口的坩祸9，所述