[實用新型]一種生產(chǎn)晶體的晶體合成爐

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201320071247.3
• 申請日: 2013-02-07
• 公開（公告）號: CN203128688U
• 公開（公告）日: 2013-08-14
• 發(fā)明（設計）人: 蔣子博
• 申請（專利權(quán)）人: 上海怡英新材料科技有限公司
• 主分類號: C30B15/00
• 分類號: C30B15/00;C30B29/30;C30B29/32
• 代理公司: 上海勝康律師事務所 31263
• 代理人: 李獻忠;張華

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及一種生產(chǎn)晶體的晶體合成爐，它尤其適用于在結(jié)晶過程中出現(xiàn)成分偏析的二元系或者三元系的晶體系統(tǒng)，例如鈮鎂酸鉛-鈦酸鉛（簡寫作PMN-PT）晶體系統(tǒng)。

背景技術(shù)

壓電晶體材料能進行電能與機械能的轉(zhuǎn)換而發(fā)射與接收超聲信號，是超聲探頭之中的核心部件。例如，近年來，一種弛豫鐵電單晶鈮鎂酸鉛-鈦酸鉛（簡寫作PMN-PT）晶體開始被運用于醫(yī)療超聲成像領(lǐng)域。在鈦酸鉛（簡稱PT）的化學組分接近MPB相界（25～35%PT）的情況下，該晶體的機電耦合系數(shù)（k33）可以達到90%以上，壓電常數(shù)（d33）可以達到2500PC/N以上，是一種性能十分優(yōu)異的晶體材料。

一種生產(chǎn)晶體例如PMN-PT晶體的方法是布里奇下降法，即坩堝下降法。該方法通過使裝有PMN-PT陶瓷的晶體生長坩堝在加熱爐中緩慢下降來獲取PMN-PT單晶。在這種方法的晶體生長過程中，預先放置在晶體生長坩堝中的PMN-PT陶瓷被密封處理，沒有新的原料補充。

然而，用上述方法和裝置生產(chǎn)PMN-PT單晶存在難以工業(yè)化生產(chǎn)的問題。

其中一個原因是，含鉛的熔融態(tài)液體在高溫下非常容易揮發(fā)出氣態(tài)氧化鉛，其結(jié)果是在晶體生長過程中出現(xiàn)鈦酸鉛（PT）的成分偏析，導致生長得到的晶錠中鈦酸鉛（PT）的含量從晶錠的一端到另一端的變化十分明顯。

另一個原因是，PMN-PT晶體的壓電性能在25～35%PT之間隨化學成分的改變而變化巨大。

結(jié)果是，晶錠的有效使用長度很短（通常在50mm以內(nèi)），晶體的成品率很低。因而，用上述方法制得的產(chǎn)品成本很高，阻礙了該晶體的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。

實用新型內(nèi)容

本實用新型的目的是，提供一種能夠在晶體生長過程中不斷加料的晶體合成爐，以解決二元系或者三元系的晶體生長中組分偏析的問題，從而能夠使得所生產(chǎn)的晶體成品率高，并降低生產(chǎn)成本。

為達到上述目的，本實用新型提供了一種生產(chǎn)晶體的晶體合成爐，包括爐體和設置在該爐體內(nèi)的晶體生長系統(tǒng)，該晶體合成爐還包括設置在所述爐體內(nèi)的原料熔融系統(tǒng)和熔融原料輸送系統(tǒng)，其中該熔融原料輸送系統(tǒng)用于在晶體生長過程中將該原料熔融系統(tǒng)中的熔融原料輸送到所述晶體生長系統(tǒng)。

所述原料熔融系統(tǒng)包括原料熔融坩堝和用于對該原料熔融坩堝進行加熱的原料熔融坩堝加熱系統(tǒng)，所述原料熔融坩堝具有出料口。所述熔融原料輸送系統(tǒng)包括至少一根熔融原料輸送管道和熔融原料輸送控制系統(tǒng)。所述晶體生長系統(tǒng)包括晶體生長坩堝、晶體生長坩堝加熱系統(tǒng)以及垂直升降系統(tǒng)，該垂直升降系統(tǒng)用于控制晶體生長坩堝的上升和下降，所述晶體生長坩堝具有進料口。其中，所述熔融原料輸送管道的一端與所述原料熔融坩堝的出料口連接，另一端與所述晶體生長坩堝的進料口連接，以便在晶體生長過程中，所述原料熔融坩堝中的熔融原料能經(jīng)由該熔融原料輸送管道輸送到所述晶體生長坩堝中；所述熔融原料輸送控制系統(tǒng)被配置成控制所述熔融原料的輸送。

所述熔融原料輸送控制系統(tǒng)包括氣體源、氣體控制系統(tǒng)和氣體熱交換管道，其中所述氣體熱交換管道包括進氣段、熱交換段和出氣段，該熱交換段圍繞所述熔融原料輸送管道以用于與該熔融原料輸送管道進行熱交換。所述氣體控制系統(tǒng)用于控制熱交換氣體從所述氣體源進入所述氣體熱交換管道的流量以控制所述熔融原料的流量。

所述氣體控制系統(tǒng)包括信號放大器、PID控制器和流量閥門，所述進氣段通過該流量閥門連接于所述氣體源，所述信號放大器、PID控制器和流量閥門構(gòu)成控制回路以控制熱交換氣體從所述氣體源進入所述氣體熱交換管道的流量。

所述熔融原料輸送管道包括熔融原料輸送管道上段和熔融原料輸送管道下段，其中，該熔融原料輸送管道上段與所述原料熔融坩堝的出料口連接，該熔融原料輸送管道下段與所述晶體生長坩堝的進料口連接；該熔融原料輸送管道上段的外徑小于該熔融原料輸送管道下段的內(nèi)徑，從而使得該熔融原料輸送管道上段可插入該熔融原料輸送管道下段并可在該熔融原料輸送管道下段內(nèi)自由滑動，并且由該熔融原料輸送管道上段插入該熔融原料輸送管道所形成的重疊部分在晶體生長過程中始終存在。

所述晶體合成爐所生產(chǎn)的晶體為弛豫鐵電單晶鈮鎂酸鉛—鈦酸鉛晶體。

所述原料熔融坩堝加熱系統(tǒng)包括加熱器、熱電偶、溫度控制器和連接以上三者的導線，所述加熱器環(huán)繞在所述原料熔融坩堝之外并對其加熱，所述熱電偶的測溫點為所述原料熔融坩堝。

作為一種改進，所述原料熔融系統(tǒng)還包括設置在所述原料熔融坩堝周圍的保溫材料。

作為一種改進，所述熔融原料輸送系統(tǒng)還包括設置在所述熔融原料輸送管道和氣體熱交換管道周圍的保溫材料。