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CN106835264A - 一种籽晶夹持器 - Google Patents

一种籽晶夹持器 Download PDF

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CN106835264A
CN106835264A CN201710092804.2A CN201710092804A CN106835264A CN 106835264 A CN106835264 A CN 106835264A CN 201710092804 A CN201710092804 A CN 201710092804A CN 106835264 A CN106835264 A CN 106835264A
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CN
China
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seed crystal
screw
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contiguous block
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CN201710092804.2A
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刘朝轩
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Luoyang Jinnuo Mechanical Engineering Co Ltd
Original Assignee
Luoyang Jinnuo Mechanical Engineering Co Ltd
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    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C30B15/32—Seed holders, e.g. chucks
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C30B15/34—Edge-defined film-fed crystal-growth using dies or slits
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/16—Oxides
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  • Metallurgy (AREA)
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Abstract

一种籽晶夹持器，涉及人工晶体制备领域，本发明中籽晶夹持器主体由轴端连接块（1）、籽晶夹持器上部主体（6）、籽晶夹持器前部主体（7）和籽晶夹持器下部主体（14）组成，轴端连接块与籽晶夹持器上部主体相连接，借助于连接件将籽晶（9）夹持在籽晶夹持器上部主体、籽晶夹持器前部主体以及籽晶夹持器下部主体之间，本发明的籽晶夹持器可实现快速拆卸、清洁、装配、更换。还可以提高籽晶的重复利用率，延长籽晶的使用寿命，降低生产成本。与现有的捆绑式籽晶夹持器相比，不仅可以避免籽晶的松动掉落进而引起事故，还大大降低了操作难度，使籽晶能够安全可靠的使用。

Description

一种籽晶夹持器
【技术领域】
本发明涉及人工晶体制备领域，具体涉及一种使用EFG法拉制多片宝石晶体时的籽晶夹持器。
【背景技术】
蓝宝石 (Sapphire) 是一种氧化铝 (αA1203) 的单晶，又称为刚玉。刚玉晶体具有优良的光学、电学和机械性能，其硬度仅次于钻石。具有机械强度高、高温化学性能稳定、导热性好、高绝缘性、小摩擦系数等特点。蓝宝石被广泛应用于半导体器件、光电子器件、激光器、真空器件、精密机械等。特别是含Ti4+蓝宝石，是优异的固体宽带调谐激光材料，可制作超强的飞秒量级可调谐激光器。高质量宝石晶体的人工合成是人们研究的重要领域。
人工制备蓝宝石晶体材料目前己有很多种方法，主要有:泡生法（Kyropolous ，简称 Ky 法)、导模法(即 Edge Defined Film-fed Growth techniques ，简称 EFG 法)、热交换 法(即 Heat Exchange Method，简称 HEM 沾)，提拉法（Czochralski )，布里奇曼法CBridgman )，坩埚下降法等。以EFG法为例，制造方法大致如下：将氧化铝原料装入钨钼坩埚内，加热熔融，在坩埚内部放入特定的模具，模具开有适当宽度的孔或槽。由于氧化铝与模具之间具有浸润性，故在毛细作用下，溶液可爬升至模具顶端，并在模具顶部形成一层薄膜。
籽晶夹持器的轴端连接装置与籽晶轴连接，籽晶固定于籽晶夹持器主体上，移动籽晶轴使籽晶夹持器下端的籽晶与模具上表面的氧化铝薄膜接触。籽晶通过籽晶轴以一定速度向上提拉、不断提升，待其脱离高温区域后，晶体即结晶形成固态晶体。借助毛细作用可实现持续供料，由此实现连续的晶体拉制。
由此可见，在蓝宝石单晶材料的制备过程中，籽晶夹持器是重要的部件。在拉制晶体的过程中，籽晶需要始终保持相对准确的位置，同时还需确保在晶体的拉制过程中晶体不会脱落，避免因晶体掉落引起的生产事故。
籽晶夹持器目前较常用的是捆绑式籽晶夹持器，籽晶为长方体，在长方体的一侧开一个缺口，籽晶半嵌于籽晶夹持器下端，用钨铼丝将籽晶固定在籽晶夹持器上。这种捆绑式籽晶夹持器存在如下缺点：
a、由于钨铼丝相对较硬，在捆绑过程中不易将籽晶绑紧，在进行引晶操作时其空间位置难以确定；
b、由于使用钨铼丝捆绑，其在冷态时是一个紧固状态，但在其进入高温区域后，随着温度的升高钨铼丝会松动，进而使籽晶松动，甚至脱落。如果在长晶过程中脱落，则会形成更大的安全生产事故；
c、由于使用钨铼丝捆绑，使用一次后钨铼丝断裂，在进行第二次使用时又需要重新捆绑，操作相对复杂，同时不能保证操作的统一性；
d、由于使用钨铼丝捆绑，其与籽晶直接接触，在用力捆绑的过程中容易对籽晶造成不太容易发现的暗裂纹，影响籽晶的强度，进而导致在引晶或长晶过程中籽晶断裂，形成大的生产事故，同时使籽晶的重复利用率下降。
因此，迫切需要设计一种新的籽晶夹持器。
【发明内容】
鉴于背景技术中存在的不足，本发明提供了一种全新的籽晶夹持器，以解决现有籽晶夹持器安装不方便以及稳定性差的问题。
本发明的籽晶夹持器采用如下技术方案：
一种籽晶夹持器，该籽晶夹持器具有一个籽晶夹持器主体，该籽晶夹持器主体由轴端连接块、籽晶夹持器上部主体、籽晶夹持器前部主体和籽晶夹持器下部主体组成，通过连接件将籽晶夹持在籽晶夹持器上部主体、籽晶夹持器前部主体以及籽晶夹持器下部主体之间，轴端连接块与籽晶夹持器上部主体相连接。
在上述籽晶夹持器中，所述的连接件可以是螺柱和螺丝，通过连接螺柱、螺母及间隔套将所述的籽晶夹持器上部主体与轴端连接块相连接。
在上述籽晶夹持器中，通过锁紧螺钉将轴端连接块的上端与主轴相连接。
在上述籽晶夹持器中，通过上紧固螺钉将籽晶夹持器上部主体与籽晶夹持器前部主体相连接。
在上述籽晶夹持器中，通过下紧固螺钉将籽晶夹持器上部主体与籽晶夹持器下部主体相连接。
在上述籽晶夹持器中，在所述籽晶夹持器主体上设有一个或多个籽晶夹持位，在每个籽晶夹持位的上方设有限制籽晶上下自由度的籽晶上下方向锁紧螺钉，在籽晶夹持位的一侧设有限制籽晶左右自由度的籽晶左右方向锁紧螺钉。
在上述籽晶夹持器中，籽晶的上端的一侧设有凹槽，构成限位台阶，籽晶夹持器主体的一侧设有与该凹槽相匹配的凸台。
在上述籽晶夹持器中，籽晶上下方向锁紧螺钉以及籽晶左右方向锁紧螺钉与籽晶之间设置籽晶间隔片。
在上述籽晶夹持器中，籽晶夹持器主体上设置若干个籽晶夹持位，各工位可以沿直线排布。
由于采用上述技术方案，本发明具有如下有益效果：
本发明的籽晶夹持器可实现快速拆卸、清洁、装配、更换。同时能保证籽晶安全使用，避免籽晶断裂。还可以提高籽晶的重复利用率，延长籽晶的使用寿命，降低生产成本。与现有的捆绑式籽晶夹持器相比，不仅可以避免籽晶的松动掉落进而引起事故，还大大降低了操作难度，使籽晶能够安全可靠的使用。
【附图说明】
图1是本发明一个优选实施例的立体结构示意图；
图2是本发明上述优选实施例的左视结构示意图；
图3是本发明上述优选实施例的主视结构示意图；
附图中的标号与部件名称的对应关系是：
1、轴端连接块；2、连接螺柱；3、螺母；4、间隔套；5、籽晶上下方向锁紧螺钉；6、籽晶夹持器上部主体；7、籽晶夹持器前部主体；8、籽晶间隔片；9、籽晶；10、锁紧螺钉；11、上紧固螺钉；12、籽晶左右方向锁紧螺钉；13、下紧固螺钉；14、籽晶夹持器下部主体。
【具体实施方式】
下面结合附图1-3对本发明籽晶夹持器的一个优选实施例做详细说明。在该实施例中各主要部件是通过螺柱、螺钉实现连接的。显然，也可以采用现有技术中的其他连接件对籽晶夹持器中的主要部件进行连接，例如卡槽或卡环等。
如附图1所示，借助于锁紧螺钉10将轴端连接块1与上轴（未示出）连接。
通过连接螺柱2实现籽晶夹持器上部主体6与轴端连接块1连接。
通过螺母3实现连接螺柱2的紧固。
间隔套4的作用是将轴端连接块1与籽晶夹持器上部主体6间隔开，以便为籽晶上下方向锁紧螺钉5的紧固和旋松提供操作空间。借助于籽晶上下方向锁紧螺钉5可对籽晶9的上下自由度进行调整。
籽晶夹持器前部主体7与籽晶夹持器上部主体6通过上紧固螺钉11连接。
籽晶夹持器下部主体14与籽晶夹持器上部主体6通过下紧固螺钉13连接。
采用籽晶间隔片8可将籽晶9与籽晶上下方向锁紧螺钉5及籽晶左右方向锁紧螺钉12间隔开来，用钨钼等耐高温材料制作的籽晶间隔片8，既可以起到籽晶与螺钉之间的隔热作用，又可以保护籽晶不受应力的伤害，避免引起暗裂纹。
籽晶夹持器下部主体14用于对籽晶9进行定位。
以下是采用本发明的籽晶夹持器拉制晶体在炉内拉制蓝宝石晶体的两个实例：
1、在炉内同时拉制多根8片厚度16mm，宽度100mm的蓝宝石晶体。在引晶过程中能够准确的到达模具中心位置，顺利的使籽晶引晶成功，拉制长度600mm后收尾、提断、降温冷却。本籽晶夹持器能够保证准确引晶及正常拉制。拆炉后发现各个籽晶正常，经检验单根籽晶承重4公斤完全正常。用线切割将籽晶切掉后，经检验该籽晶完全符合再次使用的条件。本实例验证了在多条晶板拉制的情况下能够做到精确定位，同时单根籽晶可承重4公斤。
2、在炉内同时拉制多根100片厚度1mm，宽度90mm的蓝宝石晶体。在引晶过程中能够准确的到达模具中心位置，顺利的使籽晶引晶成功，拉制长度800mm后收尾、提断、降温冷却。本籽晶夹持器能够保证籽晶准确引晶及正常拉制。本实例验证了在多条晶板拉制下能够做到精确的定位，实现晶体的正常拉制，用线切割将籽晶切掉后，经过检测该籽晶完全符合再次使用的条件。

Claims (10)

1.一种籽晶夹持器，该籽晶夹持器具有一个籽晶夹持器主体，其特征在于：该籽晶夹持器主体由轴端连接块（1）、籽晶夹持器上部主体（6）、籽晶夹持器前部主体（7）和籽晶夹持器下部主体（14）组成，轴端连接块（1）与籽晶夹持器上部主体（6）相连接，借助于连接件将籽晶（9）夹持在籽晶夹持器上部主体（6）、籽晶夹持器前部主体（7）以及籽晶夹持器下部主体（14）之间。
2.如权利要求1所述的籽晶夹持器，其特征在于：所述的连接件是螺柱和螺丝。
3.如权利要求2所述的籽晶夹持器，其特征在于：通过连接螺柱（2）、螺母（3）及间隔套（4）将所述的籽晶夹持器上部主体（6）与轴端连接块（1）相连接。
4.如权利要求2所述的籽晶夹持器，其特征在于：通过锁紧螺钉（10）将轴端连接块（1）的上端与主轴相连接。
5.如权利要求2所述的籽晶夹持器，其特征在于：通过上紧固螺钉（11）将籽晶夹持器上部主体（6）与籽晶夹持器前部主体（7）相连接。
6.如权利要求2所述的籽晶夹持器，其特征在于：通过下紧固螺钉（13）将籽晶夹持器上部主体（6）与籽晶夹持器下部主体（14）相连接。
7.如权利要求2所述的籽晶夹持器，其特征在于：在所述籽晶夹持器主体上设有一个或多个籽晶夹持位，在每个籽晶夹持位的上方设有限制籽晶上下自由度的籽晶上下方向锁紧螺钉（5），在籽晶夹持位的一侧设有限制籽晶左右自由度的籽晶左右方向锁紧螺钉（12）。
8.如权利要求7所述的籽晶夹持器，其特征在于：籽晶（9）的上端的一侧设有凹槽，构成限位台阶，籽晶夹持器主体的一侧设有与该凹槽相匹配的凸台。
9.如权利要求2所述的籽晶夹持器，其特征在于：籽晶上下方向锁紧螺钉（5）以及籽晶左右方向锁紧螺钉（12）与籽晶（9）之间设置籽晶间隔片（8）。
10.如权利要求1所述的籽晶夹持器，其特征在于：籽晶夹持器主体上设置有若干个籽晶夹持位，各工位沿直线排布。
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