专利名称：一种新型的高纯氧化铝预处理坩埚的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及蓝宝石单晶加工，具体涉及是ー种蓝宝石用高纯氧化铝预处理坩埚。
背景技术：
蓝宝石(Sapphire)是ー种 氧化铝(a -Al2O3)的单晶，具有独特的晶体结构，优异的光学性能、机械性能、化学稳定性和热学性能，強度高、硬度大、耐冲刷，使其成为被广泛应用的窗ロ材料和理想的衬底材料。制备蓝宝石的方法很多，主要包括焰熔法、提拉法、区熔法、导模法、坩埚移动法、热交换法、温度梯度法、泡生法等，其中泡生法エ艺生长的蓝宝石晶体约为目前市场份额的70%。采用泡生法等方法生长蓝宝石晶体时，其引晶过程要求坩埚中的氧化铝熔汤液面达到一定的高度，以便于籽晶能够顺利引导晶颈的生长，从而进行后面的放肩和定径生长。要保证氧化铝熔汤的液面高度，就必须先保证坩埚装料时氧化铝原料的重量，也就必须保证氧化铝原料具备较高的密度，尽量接近其3. 98g/cm3的理论密度。目前，对蓝宝石长晶用高纯氧化铝进行致密化预处理的方法有压块烧结法、焰熔法、预熔烧结法等，其中以预熔烧结法エ艺简单，成本较低，且该方法不但不会造成高纯氧化铝的二次污染，还会在高温エ艺过程中实现氧化铝的二次提纯，进一歩增加氧化铝的纯度和减少杂质含量。高纯氧化铝的预熔烧结处理工艺中，坩埚是这个预处理工序中一件非常重要的设备，直接关系到预熔烧结エ艺的成败及烧结产品的纯度。传统的感应加热坩埚为金属的实体，感应加热过程中利用电磁感应原理先加热坩埚，然后坩埚再通过热传导的方式来加热坩埚中的物质，传热效率低，加热速度慢，能耗大，坩埚自损耗大，还可能造成被加热物质的二次污染。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种低成本、易装拆、易脱锅、自损耗小、二次污染极小甚至没有二次污染、位置可以自动调整和精确控制的新型高纯氧化铝预处理坩埚。本实用新型包括坩埚本体和配套辅助部件。坩埚本体由固定绝缘圈(2)、坩埚壁(3)、底座圆盘(4)、支撑螺栓(5)和底座(6)组成。将内径6-20mm、外径8_24mm和长度400_800mm的紫铜管从中心对折,使铜管管壁间距为0. 5-3_，然后通过耐高温的绝缘圈(厚为10-30 mm,内径和外径根据坩埚直径而定)将若干对折的紫铜管串接和固定起来，组成坩埚本体的坩埚壁。根据需要，通过采用不同的铜管数量进行组合来实现坩埚直径的变化。对折铜管的底部两个ロ穿过坩埚底部圆盘后分别与进水和出水相连，实现坩埚工作过程中的连续水冷，从而减少坩埚工作中的自损耗和对被加热物质的污染，同时延长坩埚使用寿命。为实现组成坩埚壁的铜管更加固定，在坩埚下端设有底座圆盘。底座圆盘采用耐高温的绝缘材料制成，其厚度为30-60mm，外径比感应线圈内径小10-30mm。底座圆盘上开有与铜管外径同等大小的若干圆孔，用于固定铜管下端，数量为组成坩埚壁的铜管的数量的2倍。底部圆盘的中间开有内径为10-20_的圆孔，用于氧化铝预熔烧结棒出锅时下顶杆的通过。另外，在底座圆盘的上面，坩埚里面的下部，有一个圆形的铜板，铜板的下面焊接有圆盘形环绕的铜管，铜管两端连接进水和出水，以冷却底部铜板和保护坩埚底。在坩埚底部下面有绝缘底座，用于将坩埚和底部金属支撑件分开，厚度为30-50 _，长宽尺寸根据坩埚尺寸而定。绝缘底座的中开有顶杆通过的圆孔，直径为10-20mm。坩埚和底座之间采用黄铜制成的六角支撑螺栓连接，用干支撑坩埚和冷却水管的重量，其长度为100-300mm。坩埚辅助部件包括固定绝缘圈定位支架(I)、底部支撑板(7)、提拉机构下部绝缘块(8)、支撑杆(9)、提拉机构下部绝缘块(10)和提拉板(11)。固定绝缘圈定位支架用于定位坩埚上部的固定绝缘圈，采用绝缘结构材 料制成。底部支撑板采用不锈钢制成，用于支撑坩埚和冷却水管的重量，其中间部位开有与坩埚底座相同的圆孔。提拉机构上部和下部绝缘块也采用绝缘结构材料制成，用于连接提拉杆和绝缘块。其中，两块下部绝缘块中间各设有2个腰子孔，通过调节螺栓的调节，可以使坩埚置于感应线圈的中间位置。支撑杆用于连接上下绝缘块，采用不锈钢制成。提拉板采用不锈钢制成，中间部位开有和丝杆螺纹匹配的螺纹孔，并在孔上方焊接有U型套，实现坩埚的提升和下降。辅助部件的具体尺寸和坩埚尺寸及相应的预熔烧结炉尺寸有关，根据具体情况进行匹配。
图I为本实用新型的坩埚结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图I对本实用新型作进ー步的说明，但不以任何方式对本实用新型加以限制，基于本实用新型教导所作的任何变更或改进，均属于本实用新型的保护范围。结合附图I说明本实施案例。本实例包括坩埚本体和配套辅助部件。坩埚本体由固定胶木圈、坩埚壁、底座圆盘、支撑螺栓和底座组成。将内径8mm、夕卜径IOmm和长度800mm的紫铜管从中心对折,使铜管管壁间距为Imm,然后通过胶木圈(厚为20 mm,内径和外径分别为230和330mm)将对折的紫铜管串接和固定起来，组成坩埚本体的坩埚壁，获得210mm的坩埚内径。对折铜管的底部两个ロ穿过坩埚底部圆盘后分别与进水和出水相连。底座圆盘采用耐高温的聚四氟こ烯制成，其厚度为40mm,外径240mm。底部圆盘的中间开有内径为15_的圆孔，用于氧化铝预熔烧结棒出锅时下顶杆的通过。另外，在底座圆盘的上面附帯有冷却铜盘。在坩埚底部下面有胶木底座，厚度为40 mm，长宽分别为200 mm和160mm。坩埚和底座之间采用黄铜制成的六角支撑螺栓连接，其长度为150mm。坩埚辅助部件包括固定胶木圈的定位支架、底部支撑板、提拉机构下部胶木块、支撑杆、提拉机构下部胶木块和提拉板。固定胶木圈的定位支架也采用胶木制成，长为850mm，宽20mm,厚3mm。底部支撑板采用不锈钢制成,其中间部位开有15mm圆孔。提拉机构上部和下部胶木块长为300mm,宽50mm,高40mm。不锈钢支撑杆直径为20mm,长度为700mm。不锈钢提拉板中间部位开有M20螺孔，上面焊有U型套。采用本实例坩埚进行蓝宝石用高纯氧化铝的预熔烧结处理，已经使用了 100多炉次，坩埚仍然完好如初。使用过程中，装拆方便，位置控制精确，自损耗小，热效率高。所得产品无二次污染现象，质量 稳定。
权利要求1.一种高纯氧化铝预处理坩埚，其特征在于该预处理坩埚包括坩埚本体和配套辅助部件，坩埚本体由固定绝缘圈(2)、坩埚壁(3)、底座圆盘(4)、支撑螺栓(5)和绝缘底座(6)组成；坩埚辅助部件包括固定绝缘圈定位支架(I)、底部支撑板(7)、提拉机构下部绝缘块(8)、支撑杆(9)、提拉机构下部绝缘块(10)和提拉板(11)， 所述坩埚壁(3)是由将内径6-20mm、外径8-24mm和长度400-800mm的紫铜管从中心对折，铜管管壁间距为O. 5-3mm，通过耐高温的厚为10-30 mm,内径和外径根据坩埚直径而定的绝缘圈(2)将若干对折的紫铜管串接和固定起来组成，通过采用不同的铜管数量进行组合来实现坩埚直径的变化，对折铜管的底部两个口穿过坩埚底部圆盘(4)后分别与进水和出水相连，绝缘底座(6)位于坩埚底部下面，厚度为30-50 mm,长宽尺寸根据坩埚尺寸而定，绝缘底座(6)中开有顶杆通过的圆孔，直径为10-20_，坩埚和绝缘底座(6)之间采用黄铜制成的六角支撑螺栓连接，用于支撑坩埚和冷却水管的重量，其长度为100-300mm。
2.根据权利要求I所述的一种高纯氧化铝预处理坩埚，其特征在于 底座圆盘(4)设于坩埚下端，底座圆盘(4)采用耐高温的绝缘材料制成，其厚度为30-60mm,外径比感应线圈内径小10-30mm, 底座圆盘(4)上开有与铜管外径同等大小的若干圆孔，用于固定铜管下端，数量为组成坩埚壁的铜管的数量的2倍，底部圆盘(4)的中间开有内径为10-20_的圆孔，用于氧化铝预熔烧结棒出锅时下顶杆的通过， 在底座圆盘(4)的上面，坩埚里面的下部，还设有一个圆形的铜板，铜板的下面焊接有圆盘形环绕的铜管，铜管两端连接进水和出水。
3.根据权利要求I所述的一种高纯氧化铝预处理坩埚，其特征在于 固定绝缘圈定位支架(I)采用绝缘结构材料制成，底部支撑板采用不锈钢制成，其中间部位开有与坩埚底座相同的圆孔，提拉机构上部和下部绝缘块也采用绝缘结构材料制成，其中，两块下部绝缘块中间各设有2个腰子孔，通过调节螺栓的调节，支撑杆用于连接上下绝缘块，采用不锈钢制成，提拉板采用不锈钢制成，中间部位开有和丝杆螺纹匹配的螺纹孔，并在孔上方焊接有U型套。
专利摘要本实用新型提供的是一种新型的高纯氧化铝预处理坩埚，用于蓝宝石用高纯氧化铝在高频烧结炉中的预处理工艺。通过和烧结炉炉体内丝杆连接，由电动机通过齿轮传动，实现动坩埚在炉中的上下运动。坩埚锅体采用铜管制成，连接外部的进水和出水口，实现坩埚本身的冷却和温度控制。由于固态高纯氧化铝本身不导电，不能实现高频感应加热，故该坩埚使用过程中匹配有石墨电极点火器，以实现启动熔池的形成和后续的高纯氧化铝感应加热、熔化与铸锭。本实用新型具有氧化铝预处理加工效率高、精度高、原料损耗少、电耗低、装拆方便、制造成本底、使用寿命长优点，在蓝宝石用高纯氧化铝预处理领域具有广泛的应用前景，能创造出明显的社会效益和经济效益。
文档编号F27B14/10GK202582178SQ201220206719
公开日2012年12月5日 申请日期2012年5月9日 优先权日2012年5月9日
发明者宁德魁, 陈援, 符泽卫, 李才巨, 张超, 祝建华, 吴红昆, 隋忠明, 柏昌坤, 李慧, 陈亮 申请人:云南乾元光能产业有限公司