[其他]生長(zhǎng)桿狀紅寶石的方法及其裝置

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 85103282
• 申請(qǐng)日: 1985-04-29
• 公開（公告）號(hào): CN85103282A
• 公開（公告）日: 1986-10-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王崇魯
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津市硅酸鹽研究所
• 主分類號(hào): C30B29/20
• 分類號(hào): C30B29/20;C30B27/02
• 代理公司: 天津市硅酸鹽研究所
• 代理人: 胡鳳梧

本發(fā)明是關(guān)于直接從熔體中生長(zhǎng)予定截面形狀和尺寸的桿狀紅寶石的方法。現(xiàn)在晶體材料的生長(zhǎng)是根據(jù)美國(guó)H·E·La????Belle????Jo.的方法進(jìn)行的，稱為潤(rùn)濕導(dǎo)模法。即EFG法（Edge-defined????film-fed????growth）。本發(fā)明根據(jù)美國(guó)專利3591348生長(zhǎng)白寶石的方法加以改進(jìn)，利用潤(rùn)濕導(dǎo)模法技術(shù)直接從熔體中拉制桿狀紅寶石。本方法可以保證桿狀紅寶石色紅均勻，色彩鮮明、外表光滑、平直度好、規(guī)格準(zhǔn)確、機(jī)械強(qiáng)度高、應(yīng)力小和晶體完整性好的特點(diǎn)。采用本發(fā)明生長(zhǎng)的桿狀紅寶石的質(zhì)量和機(jī)械加工性能均優(yōu)于焰熔法生長(zhǎng)的紅寶石梨晶體。在外形和尺寸上可適應(yīng)手表軸承、儀表軸承、線切割機(jī)架絲桿和裝飾寶石等的規(guī)格要求，大大簡(jiǎn)化了后加工工序，提高了寶石的利用率和成品率，節(jié)省人力、物力和能源。為此，按本發(fā)明生長(zhǎng)的桿狀紅寶石為工業(yè)應(yīng)用開辟了新的有效途徑。本發(fā)明還適用于生長(zhǎng)其他摻雜的有色寶石，如蘭寶石、YAG等。

為了實(shí)現(xiàn)這種生長(zhǎng)方法，本發(fā)明對(duì)該生長(zhǎng)方法所需的裝置進(jìn)行了改進(jìn)。圖1和圖2是晶體生長(zhǎng)的裝置圖。在單晶爐工作室1內(nèi)的坩堝托桿17上放置一個(gè)保溫隔熱套，它是由石英管3、氧化鋯砂4、鉬片圓筒5和氧化鋯墊6構(gòu)成的。蛇形感應(yīng)銅套管2圍繞著石英管，銅套管2偶合30瓩逆變式中頻發(fā)生器，電源頻率在1800～3000赫芝，一個(gè)鎢制的圓筒狀感應(yīng)發(fā)熱體7放置在保溫隔熱套內(nèi)，在感應(yīng)發(fā)熱體內(nèi)放置有氧化鋯坩堝托12，在坩堝托12上安放具有模具11的坩堝10，坩堝需用能經(jīng)受住操作溫度（即2100℃以上），并且不與熔體起化學(xué)作用的金屬材料制成，它們可以使用鉬、鎢、錸或銥。為了保證得到操作溫度，在坩堝10之上放置鉬制保溫蓋9，在感應(yīng)體7之上放置鉬制后熱器8，在氧化鋯砂層4之上放置氧化鋯罩13、如此，大大地減少了感應(yīng)發(fā)熱體和坩堝的熱散失，提高了模具頂端的溫度，保證了晶體生長(zhǎng)過程中具有較適合的溫度梯度。將具有<0001>的籽晶16固定在鉬制籽晶夾具15上，再把籽晶夾具安裝在籽晶桿14上，調(diào)整坩堝的位置保證模具11的頂端與籽晶16的末端對(duì)正，籽晶桿在移動(dòng)過程中應(yīng)保證無振動(dòng)和無爬行現(xiàn)象發(fā)生。

參照?qǐng)D1和圖2，安裝在坩堝10中的一個(gè)模具部件11，模具的制作材料除具有耐高溫和不與氧化鋁熔體起化學(xué)作用外，還必須有可能為氧化鋁熔體所潤(rùn)濕的特性，模具頂端的截面形狀可以是圓形、方形、三角形、八角形等，模具通過沖壓或吻合在一個(gè)鉬制的支撐座19上，模具頂端表面應(yīng)具有較高的表面光潔度，毛細(xì)管通道21的直徑一般在0.4毫米，當(dāng)毛細(xì)管的直徑確定后，模具部件的長(zhǎng)度由熔體在毛細(xì)管中所上升高度即形成的熔體柱的高度h（厘米）所決定，h由方程式h＝2ν cosθ/ρ·d·g來確定，這里θ是接觸角，ρ是氧化鋁熔體的密度3.95克/厘米³，d是毛細(xì)管的直徑（厘米），ν是表面張力（達(dá)因/厘米），鉬制模具的ν值為360±40達(dá)因/厘米，鎢制模具的ν值為680±100達(dá)因/厘米，g是重力速度（達(dá)因/克）。氧化鋁熔體18由于毛細(xì)現(xiàn)象的作用自毛細(xì)管通道上升到與毛細(xì)管口齊平呈凹狀彎液面，將籽晶下放與模具頂端相接觸，熔化了的籽晶與毛細(xì)孔中的熔體相匯合在一起，隨著籽晶的提拉生長(zhǎng)作用在籽晶上發(fā)生，由于熔體與新生長(zhǎng)晶體的親合力以及熔體表面張力的作用，當(dāng)生長(zhǎng)作用進(jìn)行時(shí)，模具頂端的熔體將在表面上擴(kuò)展開，直至全部復(fù)蓋。因?yàn)棣冉切∮?0°，則形成一個(gè)為模具頂端邊緣所限定的熔體液膜20（又稱熔體池），其厚度在0.1～0.3毫米，如此晶體生長(zhǎng)作用將通過水平地消耗熔體池而垂直地進(jìn)行，伴隨著生長(zhǎng)作用的連續(xù)進(jìn)行，表面張力引起另外的熔體（坩堝中的熔體）通過毛細(xì)管通道源源地供給到模具的頂端，并加入到熔體池的整個(gè)容積中，毛細(xì)管通道以和晶體生長(zhǎng)速率相一致的速率不停地供給熔體，這就保證了晶體生長(zhǎng)過程連續(xù)不斷地進(jìn)行，直到坩堝中的熔體被全部消耗完為止，而所生長(zhǎng)的晶體具有和模具頂部截面相符合的形狀和尺寸。