[實用新型]一種晶體連續培養及過濾系統

有效

• 申請號: 201320166462.1
• 申請日: 2013-04-03
• 公開（公告）號: CN203284495U
• 公開（公告）日: 2013-11-13
• 發明（設計）人: 潘豐;何彥行;項亞南
• 申請（專利權）人: 江南大學
• 主分類號: C30B7/08
• 分類號: C30B7/08;C30B29/14
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型涉及一種晶體連續培養及過濾系統，屬于生產過程設備領域。

背景技術

磷酸二氫鉀(KDP)和磷酸二氘鉀(DKDP)晶體是一種被廣泛使用的非線性水溶液晶體材料，具有很高的激光損傷閾值和較高的非線性系數以及可制作較大尺寸器件等優點，其二倍、三倍、四倍頻器件通常用于室溫ND:YAG激光器和染料激光器中，也是理想的高功率變頻材料。近年來，隨著慣性約束核聚變(ICF)的迅速發展，對KDP和DKDP晶體的研究在國際上又進入了一個新階段。盡管新型的非線性光學材料不斷涌現，但綜合對比晶體的光學性能和生長條件，優質大尺寸的KDP和DKDP晶體是目前唯一可用于激光核聚變等高功率系統中的晶體。

KDP晶體一般多采用水溶液緩慢降溫法來生長，因為其水溶液具有較大的溫度系數、較高的溶解度和較寬的亞穩定區域。水溶液法培養KDP晶體，生長溶液的過飽和度為晶體生長提供驅動力，直接影響著晶體的生長速度。過飽和度越大，晶體的生長速度越快。同時溶液的過飽和度又影響著溶液的穩定性，溶液的過飽和度越大，其穩定性越低，越容易出現自發結晶成核現象。在生長大尺寸KDP晶體時，要兼顧生長速度與溶液的穩定性，使晶體的生長速度、尺寸大小、光學品質等都能達到要求。

在培養優質大尺寸KDP晶體時，傳統生長方法(水溶液緩慢降溫法)的主要缺陷是晶體生長速率慢、生長周期長，晶體質量難以保證，最后晶體的成品率低，導致晶體價格昂貴，嚴重影響其大規模使用。

實用新型內容

為了批量生產大尺寸優質的KDP和DKDP晶體，本實用新型提供了一種晶體連續培養及過濾系統。

本實用新型所采用的技術方案是：

晶體連續培養及過濾系統包括培養裝置、過濾裝置和控制裝置。

(1)培養裝置由育晶罐和安裝在育晶罐上的測溫熱電阻T1、PH傳感器、安裝在育晶罐內的載晶架和載晶架電機、攪拌器和攪拌電機、安裝在育晶罐夾套內的電加熱器、安裝在育晶罐夾套上的冷卻水進出口組成。

需培養生長的一個晶核放在載晶架上由載晶架電機帶動順時針緩慢轉動；攪拌電機帶動攪拌器逆時針轉動，使生長液與罐壁(進行熱交換)、晶核充分接觸；通過控制電加熱和夾套冷卻水的進出，保持育晶罐內生長溶液的溫度恒定并在一個生長周期(幾十天)內非常緩慢下降(從65℃緩慢降低到25℃)。在降溫過程中，重點是控制好降溫速率，使晶體能夠均勻、快速地生長。

(2)過濾裝置由熱水浴槽和平衡水浴槽組成。熱水浴槽由熱水槽、熱水浴測溫熱電阻T2、蛇形管、熱水浴接收槽、熱水浴接收槽測溫熱電阻T3、輸送泵、過濾槽、攪拌器和攪拌電機、電加熱器、冷卻水進出口組成；平衡水浴槽由平衡水槽、平衡水浴測溫熱電阻T4、蛇形管、平衡水浴接收槽、平衡水浴接收槽測溫熱電阻T5、計量泵、流量計、攪拌器和攪拌電機、電加熱器、冷卻水進出口組成。

為了讓熱水浴和平衡水浴中各處的溫度均勻一致，在熱水浴和平衡水浴中分別配備攪拌器和攪拌電機。通過蛇形管的熱交換作用，溫度為T2的熱水浴將管路中的生長溶液加熱到T3，溫度為T4的平衡水浴將管路中的生長溶液平衡到T5。熱水浴和平衡水浴通過電加熱器和添加冷卻水進行溫度調整。

溶液的過濾過程是，從育晶槽里流出的帶有顆粒雜質的生長溶液，先加熱溶解雜晶；再經過濾器濾除無關雜質；最后通過降溫使回流到育晶槽里的溶液溫度恢復到與育晶槽里的溶液溫度一致，避免對育晶槽里的溶液造成擾動，從而完成連續過濾循環。

(3)控制裝置由PLC、相關擴展模塊、觸摸屏、相關執行器組成。

本實用新型系統，通過在培養過程中循環過濾，克服溶液自發結晶的影響，使雜晶與無關顆粒大量減少，提高了大尺寸晶體的生長速度和質量，保證KDP和DKDP晶體具有大尺寸、低錯位度、高光學均勻性和高激光損傷閾值等特征。

附圖說明

圖1是晶體連續培養及過濾系統結構圖。

圖2是晶體連續培養及過濾過程自動控制的流程圖。