一种生长蓝宝石单晶的锥形籽晶结构的制作方法

本发明涉及一种生长蓝宝石单晶的籽晶结构，具体涉及一种泡生法生长蓝宝石单晶的锥形籽晶结构。

背景技术：

蓝宝石单晶具有独特的晶格结构，单晶的生长以继承籽晶的遗传特性为主，具有耐高温、耐腐蚀、光透性好的良好特性，广泛应用于卫星空间技术、衬底材料、高强度激光器的窗口材料等领域。

随着电子信息技术、航空技术的的不断发展，对蓝宝石材料的需求量不断增加，传统的泡生法因其具有缺陷少、出材率高等优良特性，成为蓝宝石生长的主要方法之一。传统的泡生法蓝宝石单晶生长，籽晶大多数为长方体。在引晶阶段需要将籽晶浸入到溶体表面，通过人为的摇动涮籽晶，对籽晶底部进行微融处理。这一过程需要耗费大量人力，降低工作效率，增加了生产制造成本，同时不利于自动化控制。另一方面传统涮籽晶过程中将籽晶底部侵入到溶体表面反复摇动扰动溶体表面，从而改变溶体对流方向，使溶体对流不均匀，可能造成原子排列规律的破坏，形成晶体缺陷。因此对原有传统的籽晶结构进行优化和合理的设计改善是非常必要的。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种通过对籽晶结构的特殊设计，实现泡生法引晶过程中自动化控制的目的的生长蓝宝石单晶的锥形籽晶结构。

本发明的目的是这样实现的：该结构整体为呈锥形的锥形籽晶，包括嵌入籽晶夹内部分呈倒梯形的倒梯形籽晶、位于中间长方形四面棱角倒角的长方形籽晶和底部呈半球锥状的半球锥状籽晶；倒梯形籽晶整体嵌入在籽晶夹内，表面设置有增强与籽晶夹之间摩擦力的直线型凹槽，并在其上部拐角处进行倒圆角设计；中间位置是四面倒角的长方形籽晶，该位置上端与倒梯形籽晶衔接，下端与半球锥状籽晶衔接；底部半球锥状籽晶的中心与长方形籽晶及倒锥形籽晶三者中心轴一致，底部与溶体液面接触。

本发明还有这样一些特征：

1.所述的锥形籽晶结构整体高度为70-150mm。

2.所述的锥形籽晶结构整体在距离底部20-40mm处切磨出半球锥状形态。

3.所述的锥形籽晶结构整体表面进行抛光的处理，表面粗糙度为0.05nm-0.5nm。

4.所述的半球锥状籽晶整体高度为20-40mm，直径范围为φ8-φ20mm。

5.所述的锥形籽晶结构由上到下，籽晶直径逐渐变小，在外观上整体呈锥形状；倒梯形籽晶上端宽度为35-50mm，上端长度为15-35mm，倒梯形籽晶下端宽度为20-35mm，底端长度为8-20mm；高度20-40mm，在籽晶夹夹口方向开有4-6个，宽为1.5-3mm的凹槽，槽的深度为0.5-2mm，倒梯形籽晶与下端长方形籽晶衔接处呈145°-160°角度。倒梯形籽晶与籽晶夹独特设计，可以加强籽晶在水平方向受力，倒梯形籽晶表面凹槽通过钨丝的固定，增强了籽晶的稳固性。

6.所述的长方形籽晶高度为35-45mm，宽度为20-30mm，在上下两端衔接处需做倒角处理；倒梯形籽晶上部拐角处进行了倒圆角设计，倒角量为r0.8-r2mm；当底部半球锥形籽晶高温融化时长方形籽晶能够确保引晶过程正常运行，保证籽晶的有效使用长度，另一方面长方形籽晶可以延缓籽晶垂直方向受力情况，长方形籽晶高度为40-70mm，长度为8-20mm；四面倒角量为r1-r4mm。

7.所述的半球锥状籽晶高度为20-40mm，呈30°-45°锥形角度，籽晶底端直径为φ8-φ20mm；半球锥状籽晶在引晶过程中可以有效减小籽晶表面应力，降低引晶阶段缺陷形成。

本发明有益效果有：

1.本发明锥形籽晶的设计，减少了传统的手动操作过程中涮籽晶工序，降低引晶难度，更加利于实现自动化控制，从而有效降低生产制造成本。

2.本发明籽晶底部锥形的设计，有利于降低籽晶在引晶形态初期内部的应力，避免应力集中，从而降低了晶体的开裂几率。

3.本发明锥形籽晶的结晶速度均匀可控，且沿各个方向的生长形态更加等效，生长界面形态更加规则对称，使气泡更加利于排放，降低了晶体内部气泡的捕获几率。

4.本发明锥形籽晶的抛光设计，减少了杂质在籽晶表面附着的几率，使籽晶遗传特性可以得到更好的继承，因此可以大幅度降低晶体内部缺陷的产生。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明：

结合图1，本实施例结构整体呈锥形，倒梯形籽晶嵌入籽晶夹内部分呈倒梯形，长方形籽晶长方形四面棱角倒角，底部半球锥状籽晶呈半球锥状；倒梯形籽晶整体嵌入在籽晶夹内，表面设置有增强与籽晶夹之间摩擦力的直线型凹槽，并在其上部拐角处进行倒圆角设计；中间位置是四面倒角的长方形籽晶，该位置上端与倒梯形籽晶衔接，下端与半球锥状籽晶衔接；底部半球锥状籽晶的中心与长方形籽晶及倒锥形籽晶三者中心轴一致，底部与溶体液面接触。

锥形籽晶结构整体高度为100mm。锥形籽晶结构在距离底部30mm处切磨出半球锥状形态。锥形籽晶表面进行抛光的处理，表面粗糙度为0.25nm。半球锥状籽晶整体高度为30mm，直径范围为φ15mm。籽晶结构由上到下，籽晶直径逐渐变小，在外观上整体呈锥形状；所述的嵌入籽晶夹内部的倒梯形籽晶，倒梯形籽晶上端宽度为40mm，上端长度为20mm，倒梯形籽晶下端宽度为30mm，底端长度为15mm；高度30mm，在籽晶夹夹口方向开有5个，宽为2mm的凹槽，槽的深度为1.5mm，倒梯形籽晶与下端长方形籽晶衔接处呈150°角度。倒梯形籽晶与籽晶夹独特设计，可以加强籽晶在水平方向受力，倒梯形籽晶表面凹槽通过钨丝的固定，增强了籽晶的稳固性。

锥形籽晶四面倒角的长方形籽晶，高度为40mm，宽度为25mm，在上下两端衔接处需做倒角处理；倒梯形籽晶上部拐角处进行了倒圆角设计，倒角量为r1.5mm；当底部半球锥形籽晶高温融化时长方形籽晶能够确保引晶过程正常运行，保证籽晶的有效使用长度，另一方面长方形籽晶可以延缓籽晶垂直方向受力情况，长方形籽晶高度为50mm，长度为15mm；四面倒角量为r2.5mm。

半球锥状籽晶高度为30mm，呈35°锥形角度，籽晶底端直径为φ15mm；半球锥状籽晶在引晶过程中可以有效减小籽晶表面应力，降低引晶阶段缺陷形成。

本实施例结构整体由倒梯形籽晶1整体嵌入在籽晶夹内，表面具有5个直线型凹槽4增强与籽晶夹之间的摩擦力，并在其上部拐角处进行倒圆角设计，中间位置四面倒角的长方形籽晶2上端与倒梯形籽晶衔接，下端与半球锥状籽晶3衔接，底部半球锥状籽晶的中心与长方形籽晶及倒锥形籽晶三者中心轴一致，并对锥形籽晶整体结构进行抛光的处理设计组成。在引晶时，锥形籽晶底部10-40mm侵入到溶体表面，通过电压的调节观察籽晶生长情况，抛光后的锥形籽晶初生态界面无杂质、气泡以及双晶的产生，解决了籽晶在引晶过程中缺陷问题的产生，提高了生产效率、降低了生产成本同时提高了晶体的出材比例。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只限于这些说明。对于具有本发明所属领域基础知识的人员来讲，可以很容易对本发明进行变更和修改，这些变更和修改都应当视为属于本发明所提交的权利要求书确定的专利保护范围。