[其他]成型單晶體生長設備

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 87108007
• 申請日: 1987-11-26
• 公開（公告）號: CN87108007A
• 公開（公告）日: 1988-06-08
• 發(fā)明（設計）人: 德米特里·亞科萊維奇·克拉維斯基;萊夫·馬科維奇·薩圖洛斯基;萊奧尼德·彼特羅維奇·埃格羅夫;伯里斯·本特斯諾維奇·彼茨;萊奧尼德·薩穆洛維奇·庫奧恩;埃弗姆·阿萊克桑德羅維奇·弗里曼;維克托·瓦希利維奇·阿維亞諾夫;阿萊克桑德·沃維奇·阿利少夫
• 申請（專利權(quán)）人: 全蘇電熱工設備科研設計結(jié)構(gòu)和工藝所
• 主分類號: C30B15/00
• 分類號: C30B15/00
• 代理公司: 中國國際貿(mào)易促進委員會專利代理部
• 代理人: 薛明祖

本發(fā)明屬于熔融物晶體生長領域，有關難熔光學透明金屬化合物單晶體生長設備，具體地說，是指成型單晶體生長設備。

本發(fā)明所述之成型單晶體生長設備用于制取各種難熔光學透明金屬化合物的單晶體，例如：淡蘭寶石、紅寶石、氧化鈧、釔鋁石榴石，這些化合物的熔化溫度在2000℃左右，實際上不需要機械加工，廣泛應用于儀表制造、化工、冶金和其它工業(yè)部門，用于制造化學食品元件、照明和光學儀表、油井鉆機配件、超純合金合成和分析容器、首飾等。

對于成型單晶體的要求是很高的。主要質(zhì)量指標為幾何尺寸精度、電擊穿強度、總透光率、單晶坯的結(jié)晶學失取向性能和機械強度。例如，管狀蘭寶石單晶體對規(guī)定直徑的容許偏差為±0.2毫米，耐電擊穿強度為50千伏/毫米，總透光率＞92%。

影響單晶體質(zhì)量的主要因素是“熔融物-單晶體”系統(tǒng)內(nèi)溫度場的特性，這一特性取決于對單晶體進行熱屏蔽的隔熱板的形狀和相互位置。

已有的難熔光學透明金屬化合物成型單晶體生長設備有一個密封室，室內(nèi)有一個帶杯狀加熱器的絕熱裝置，加熱器內(nèi)有一個坩堝，坩鍋能沿杯狀加熱器軸線方向作往復移動。圓柱狀成形有毛細管型通孔，用以將熔融物自坩鍋輸送到位于成形器上端面上的單晶體結(jié)晶區(qū)，成形器上端面的形狀與生長的單晶體橫截面形狀相同，位于加熱器上緣下面，以及水平放置的平板式隔熱板，隔熱板上有同軸的孔，可通過生長的單晶體。

隔熱板用于在結(jié)晶生長過程中以及結(jié)晶冷卻時沿單晶體長度產(chǎn)生要求的溫度梯度。此外，這些隔熱板還能使單晶體結(jié)晶區(qū)內(nèi)的溫度均勻。

平板式隔熱板用難熔材料制成，為環(huán)狀，每個厚0.5至1毫米，10至20個疊成一組。相鄰隔熱板的間隙為板厚的5倍以上。大約半數(shù)的隔熱板位于加熱器內(nèi)，其余的隔熱板在加熱器上方。隔熱板與加熱器間、隔熱板與單晶體間的間隙不應超過隔熱板厚度的兩倍。利用這些隔熱板，在成型單晶體生長設備內(nèi)可保證20至30℃/厘米的溫度梯度。

這種沿單晶體生長部分長度的溫度梯度降低了拉晶過程的穩(wěn)定性，甚至在結(jié)晶區(qū)內(nèi)較小的溫度變化也會使熔融物柱的高度產(chǎn)生相對于要求值的偏差，結(jié)果導致生長的單晶體橫截面幾何尺寸變化，因而降低晶體產(chǎn)品的合格率。

應該指出，由于在新單晶體生長的每個工藝循環(huán)以前，隔熱板組裝配和安裝的誤差，實際上使用這種隔熱板在單晶體結(jié)晶區(qū)內(nèi)和直接在成形器上端面上都不可能得到恒溫。而且，靠近加熱表面的平板式隔熱板的邊緣會過熱。這會導致隔熱板翅曲，而且在制造設備元件的金屬（特別是鉬）、從加熱器表面蒸發(fā)的碳，以及單晶體生長工藝過程所需的惰性氣體含有的雜質(zhì)之間會發(fā)生有害的物理化學作用。由于這種作用而產(chǎn)生的氣體進入熔融物和單晶體，會降低其光學性能。

本發(fā)明的主要任務是設計這樣一種難熔光學透明金屬化合物成型單晶體生長設備，其熱屏蔽能使成形器上端面的溫度均勻，提高生長的單晶體幾何尺寸的精度，從而提高單晶體的合格率。

解決此一任務的方法是：難熔光學透明金屬化合物成型單晶體生長設備有一密封室，密封室內(nèi)有一帶杯形加熱器的絕熱裝置，加熱器內(nèi)有一坩鍋，坩鍋可沿杯形加熱器軸線往復移動，圓柱形成形器有毛細孔狀通孔，用以將熔融物自坩鍋內(nèi)輸送至單晶體結(jié)晶區(qū)，結(jié)晶區(qū)位于成形器上端上方，上端面形狀與生長的單晶體橫截面相同，位置低于加熱器上緣，平板形隔熱板水平安放，板上有同軸孔，可通過生長的單晶體，按照本發(fā)明，應增加一個空心圓筒形隔熱板，裝在平板式隔熱板的孔內(nèi)，與這些孔同心。

空心圓筒的高度最好是成形器上端面與加熱器上緣間距離的1至1.6倍，其厚度為0.1至0.15倍，外徑為1.5至2.0倍成形器上端面外圓的直徑。

這種附加的隔熱板用導熱材料做成圓筒狀，可使成形器上端溫度分布情況為最大溫差不超過3℃。這樣在加熱器內(nèi)生長的單晶體高度方向的溫度梯度達到120至160℃/厘米，在生長的單晶體橫截面內(nèi)至結(jié)晶前沿不同距離處的溫差小于3℃，這樣可使單晶體生長的穩(wěn)定性提高。

利用上述成形單晶體生長設備可得到的成型晶體橫截面幾何尺寸精度為±0.05毫米，單晶體合格率亦可提高35～40%。

下面通過實施例和附圖對本發(fā)明進行更詳細的說明，附圖上是按照本發(fā)明繪制的難熔光學透明金屬化合物成型單晶體生長設備的總圖（縱剖面示意圖）。

下面的管狀單晶體生長設備為例來說明難熔光學透明金屬化合物成型單晶體生長設備。這種設備有一個密封室1，密封室內(nèi)有一個絕熱裝置2，用石墨和石墨化織物制成。裝置2內(nèi)有一電阻加熱器3，用石墨制成，為杯狀，其底部與電源接通（圖中未示）。