[發(fā)明專利]一種高裝填密度的單晶組合原料成型工藝設(shè)計

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610145164.2
• 申請日: 2016-03-15
• 公開（公告）號: CN107190310A
• 公開（公告）日: 2017-09-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李剛;司曉暉
• 申請（專利權(quán)）人: 李剛;司曉暉
• 主分類號: C30B9/00
• 分類號: C30B9/00;C30B11/04;C30B15/02;C30B17/00;C30B29/20
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種高裝填密度的單晶組合原料成型工藝設(shè)計，特別適用于處理坩堝內(nèi)徑大于200毫米的高裝填密度的單晶組合原料成型工藝設(shè)計。

背景技術(shù)

目前，已知的通過原料熔融進行單晶生長的工藝中所使用的原料為：粉料、顆粒料、餅料、碎晶料。為了獲得較高的原料裝填密度和較高的坩堝使用率，一般使用密度較大顆粒料、餅料和碎晶料。但是由于原料的尺寸和形狀限制，造成裝填過程中原料局部或整體的無序堆積，導(dǎo)致了裝填密度的不可控性，造成裝填原料重量的不穩(wěn)定性；同時由于原料無序堆積之間的間隙存在，影響了原料裝填密度的提高，導(dǎo)致坩堝使用率低。眾所周知，單晶生長過程需要高昂的成本和精確的工藝參數(shù)控制。由于原料裝填重量和體積的不穩(wěn)定性，最終導(dǎo)致工藝參數(shù)的重現(xiàn)性差，不但影響了單晶生長工藝的標(biāo)準(zhǔn)化，而且嚴(yán)重影響最終的單晶質(zhì)量。現(xiàn)有的單晶原料成型工藝難以解決這些問題，不能滿足客戶單晶原料有序裝填、單晶生長標(biāo)準(zhǔn)化和提高坩堝使用率的要求。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種高裝填密度的單晶組合原料成型工藝設(shè)計。

本發(fā)明通過以下的技術(shù)方案來具體實施：

一種高裝填密度的單晶組合原料成型工藝設(shè)計，包括以下步驟：1)繪制坩堝內(nèi)壁立體圖，2)計算坩堝理論容積，3)對單晶材料進行物性分析，4)確定 需要裝填的單晶原料重量，5)坩堝內(nèi)部空間的立體拆分方式確認(rèn)，6)測試單晶原料粉體成型參數(shù)與建立數(shù)據(jù)庫，7)成型工藝方案確認(rèn)與工藝計算，8)選擇模具類型，9)選擇成型設(shè)備，10)編制成型工藝卡。

一種優(yōu)選的技術(shù)方案，其特征在于：步驟4中裝填單晶原料的重量小于坩堝理論最大裝填量的18-22％。

一種優(yōu)選的技術(shù)方案，其特征在于：步驟5中坩堝內(nèi)部空間的立體拆分包括分層拆分與單層拆分，實現(xiàn)等體積分層拆分和等體積單層拆分。

一種優(yōu)選的技術(shù)方案，其特征在于：步驟6中單晶原料粉體成型測試的參數(shù)包括原料粉體的粒度參數(shù)、線收縮參數(shù)、體積收縮參數(shù)、壓制方式、壓制時間、燒結(jié)溫度、燒結(jié)時間以及相互影響參數(shù)。

一種優(yōu)選的技術(shù)方案，其特征在于：步驟8中模具選擇剛性模具和柔性模具組合使用。

本發(fā)明的優(yōu)點：

本發(fā)明公開的一種高裝填密度的單晶組合原料成型工藝設(shè)計，設(shè)計過程合理科學(xué)，過程簡單可控，單晶原料的成型生產(chǎn)容易實現(xiàn)；同時單晶組合原料依據(jù)實際坩堝尺寸進行設(shè)計，使用方便，無間隙，裝填密度大，實現(xiàn)了單晶原料的有序裝填，促進單晶生長的標(biāo)準(zhǔn)化操作，提高了設(shè)備使用率；具備顯著的社會效益和經(jīng)濟效益。

具體實施方式

下面以裝填內(nèi)徑大于200毫米圓柱形坩堝的藍(lán)寶石單晶組合原料成型工藝設(shè)計為例，對本發(fā)明的工藝設(shè)計方法進行詳細(xì)的描述，借此對本發(fā)明如何解決技術(shù)問題，并達成技術(shù)效果的實現(xiàn)過程能充分理解并據(jù)以實施。

實施例

高裝填密度組合原料成型工藝設(shè)計步驟如下：

1)繪制坩堝內(nèi)壁立體圖，2)計算坩堝理論容積，3)對單晶材料進行物性分析，4)確定需要裝填的單晶原料重量，5)坩堝內(nèi)部空間的立體拆分方式確認(rèn)，6)測試單晶原料粉體成型參數(shù)與建立數(shù)據(jù)庫，7)成型工藝方案確認(rèn)與工藝計算，8)選擇模具類型，9)選擇成型設(shè)備，10)編制成型工藝卡。

進一步的，步驟3中對藍(lán)寶石單晶原料氧化鋁進行物性分析并確定氧化鋁熔體密度和熱膨脹系數(shù)為關(guān)鍵影響因素。

進一步的，步驟4中根據(jù)氧化鋁熔體密度為基礎(chǔ)計算坩堝的最大理論裝填量，減小20％的裝填重量為安全余量，確定需要裝填的單晶原料重量。

進一步的，步驟5中確定坩堝內(nèi)部空間的立體等體積拆分層數(shù)，單層等體積拆分個數(shù)，從而確定氧化鋁原料成型后的形狀、重量和體積。

進一步的，步驟6中測試氧化鋁原料粉體成型參數(shù)并建立數(shù)據(jù)庫，確定粒度參數(shù)、線收縮參數(shù)、體積收縮參數(shù)、壓制方式、壓制時間、燒結(jié)溫度、燒結(jié)時間的相互關(guān)系，建立數(shù)據(jù)庫。

進一步的，步驟7中根據(jù)步驟6的數(shù)據(jù)庫確定一種氧化鋁原料優(yōu)選的成型工藝方案，計算成型的模具尺寸、成型設(shè)備工作壓力。

進一步的，步驟8中選擇柔性模具嵌套于剛性模具中的組合模具方案，保證成型尺寸精確的前提下減少材料污染。

最后應(yīng)說明的是：以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細(xì)的說明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中 部分技術(shù)特征進行等同替換。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。