一种焰熔法数控晶体生长炉制造技术

本发明专利技术属于新材料领域，为一种焰熔法数控晶体生长炉，包括:晶体生长系统，包括晶体生长炉、穿入晶体生长炉内，用于作为晶体生长的载体的晶体生长基座杆，通过电机带动传动丝杠传递至晶体晶体生长基座杆做上下运动的升降速度控制机构；原料供应系统，包括锥形原料仓，在所述原料仓内设置筛网，所述原料仓的进料口安装有筛网振动机构；燃料供应系统，通过管线连接至生长室；数字控制系统，向升降速度控制机构、筛网振动振幅控制机构、筛网振动频率控制机构以及进气系统发出控制信号，并用于设置控制参数。本发明专利技术能够生长出微观结构完整的高品质的高温下特别是熔体状态下具有分解倾向的高温氧化物单晶体，如钛酸锶、金红石等单晶体。

A flame melt numerical control crystal growth furnace

The invention belongs to the field of new materials, as a flame fusion method of NC crystal growth furnace, including the system of crystal growth, including crystal growth furnace, through the crystal growth furnace, used as a carrier of crystal growth, the crystal growth of the base rod is driven by the motor drive screw is transferred to the crystal growth speed on the lifting rod base the motion control mechanism; material supply system, including the conical raw material warehouse, set the screen in the material bin, feeding the raw material warehouse of the port is provided with a screen vibration mechanism; fuel supply system, through the pipeline connected to the growth chamber; the digital control system to the elevator speed control mechanism, screen vibration amplitude control mechanism the vibration frequency of screen, control mechanism and air intake system of a control signal, and used to set the control parameters. The invention can grow high quality oxide crystals, such as strontium titanate, Jin Hongshi and so on, with high quality and high temperature under high temperature, especially in melt state.

【技术实现步骤摘要】
一种焰熔法数控晶体生长炉
本专利技术属于新材料领域，具体地来讲为一种焰熔法数控晶体生长炉。
技术介绍
金红石单晶体因具有高的双折射率和化学稳定性，在制备光隔离器、光环形器、起偏器等器件中有不可替代的优势。像金红石等高温氧化物单晶体，传统上是使用传统焰熔法晶体生长炉生长的。在传统的焰熔法晶体生长炉中，在晶体生长机构没有使用精密的传动丝杠和数字控制，燃料气体没有使用精密的气体质量流量计，原料控制没有使用精密的传动丝杠和数字控制，整个系统没有统一的素质控制系统。由于生长工艺参数没有精确的数字控制，生长速度一般在10mm/h以上，生长速度快，晶体生长环境，尤其是温度场，不利于完整的光学级晶体，生长速度较快，生长界面，以及整个生长室内的温度分布、组成分布不能保证高品质的晶体生长。导致所生长的晶体在结构完整性，比如位错密度高、应力大、不均匀等,特别是金红石单晶体的生长，成品合格率很低。针对目前普遍使用说的提拉法晶体生长炉，由于生长过程是在高温的真空或保护气氛下进行的下，対盛装熔体的坩埚材料具有严格的要求。要求坩埚材料耐高温、耐腐蚀、不与熔体发生化学侵蚀等，一般都是贵重的铱金坩埚，使得整个生长炉的造价提高。对所要生长的晶体也有严格的要求，比如高温，特别是溶体状态下，不分解等。而像金红石等高温氧化物单晶体在高温下，特别是熔体状态下具有很高的分解压，使用提拉法难以生长出高品质的金红石单晶体。金红石(TiO2)单晶体双折射大，折射率大，用于光谱棱镜、偏振器件如光隔离器、光环形器、分束器等。目前用于光学通信的上述器件均采用钒酸钇（YVO4）晶体，高端产品必须使用金红石(TiO2)单晶体。再比如，钛酸锶（STiO3）单晶体，是非常典型的超导基片材料，但是使用提拉法难以生长。使用传统的晶体生长炉，由于诸多生长工艺参数没有精确的控制，生长速度较快，生长界面，以及整个生长室内的温度分布、组成分布不能保证高品质的晶体生长。导致所生长的晶体在结构完整性，比如位错密度高、应力大、不均匀等。建立适合晶体稳定生长的精确的温度场和组成分布，去除晶体生长过程中影响晶体质量的因素，对生长光学级金红石单晶体和其它高品质高温氧化物晶体极为必要。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种焰熔法数控晶体生长炉,能够精确控制晶体生长的各个参数，保障生长室内的温度分布、组成分布和力学分布，能够生长出微观结构完整的高品质的高温下特别是熔体状态下具有分解倾向的高温氧化物单晶体，如钛酸锶、金红石等单晶体。本专利技术是这样实现的，一种焰熔法数控晶体生长炉,其特征在于，该生长炉包括:晶体生长系统，包括晶体生长炉、穿入晶体生长炉内，用于作为晶体生长的载体的晶体生长基座杆，通过电机带动传动丝杠传递至晶体晶体生长基座杆做上下运动的升降速度控制机构；原料供应系统，包括锥形原料仓，在所述原料仓内设置筛网，所述原料仓的进料口安装有筛网振动机构；燃料供应系统，通过管线连接至生长室；数字控制系统，向升降速度控制机构、筛网振动振幅控制机构、筛网振动频率控制机构以及进气系统发出控制信号，并用于设置控制参数。进一步地，所述燃料供应系统包括燃料气体源、与燃料气体管线、浮子气体流量计、数字气体流量计、燃料气体控制机构；燃料气体源通过燃料气体管线连接至晶体生长炉，在燃料气体管线上设置浮子气体流量计用于检测管路气体情况，设置数字气体流量计用于精确控制气体的流量，燃料气体控制机构通过串入燃料气体管线的除湿、干燥、净化设备，向数字气体流量计提供满足工艺要求的清洁气体。进一步地，原料供应系统包括：筛网振动振幅控制机构，控制筛网振动机构对筛网的振动振幅的调节；筛网振动频率控制机构，控制筛网振动机构对筛网的振动频率的调节。进一步地，所述筛网振动振幅控制机构包括与晶体生长基座杆平行的内空支撑柱I，在所述支撑柱I内设置有连接杆，所述连接杆通过一电机带动连接杆的升降，所述连接杆的端部连接一横杆，所述横杆的一端连接筛网振动机构。进一步地，所述筛网振动频率控制机构通过一电机输出横轴，在横轴上至少一片压杆，横轴带动压杆转动，所述压杆与所述横杆接触。进一步地，所述筛网振动频率控制机构的电机固定在与支撑柱I平行的支撑柱II上。进一步地，所述晶体生长炉以及原料供应系统固定在支撑柱I的外围。进一步地，所述数字控制系统通过筛网振动振幅控制机构以及筛网振动频率控制机构控制筛网的振幅和频率达到进料的控制。本专利技术与现有技术相比，有益效果在于：本专利技术的焰熔法数控晶体生长炉可以用于生长特种高温氧化物单晶体。特种高温氧化物单晶体是指熔点在1600℃以上、高温熔融状态下具有组分分解倾向的氧化物单晶体。由于实现了对参数的精确数字控制，提高了晶体生长所需要的温度条件、组成条件和力学条件的控制精度，实现了生长速度在2-50mm/h区间的精确控制，所生长的晶体完整性好。高温氧化物单晶体，如金红石单晶体、钛酸锶单晶体，用于制备起偏器等光学器件、超导基片器件等，广泛应用于制作光隔离器、光环形器、超导器件等诸多领域。本专利技术通过对晶体生长机构、燃料供应机构和原料供应机构进行精密的机械结构设计，增加相应的控制电，实现在控制系统上实时设置燃气流量、原料供应量和晶体生长速度，实现晶体生长的数字控制，能够存储工艺数据并随时调用（显示在触目屏上、计算机屏幕上、打印出来）。本专利技术能够在炉体内建立合适的温度场，满足生长光学级金红石单晶体的要求。根据检索结果，目前还没有与本专利技术功能相同的公开的专门设备和装置。附图说明图1是本专利技术的结构示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术所述的一种焰熔法数控晶体生长炉，由晶体生长系统、燃料供应系统、原料供应系统、数字控制系统四部分构成，见图1。参见图1，本专利技术所述的晶体生长系统包括晶体生长室5、晶体生长基座杆4、传动丝杠3、和升降速度控制机构17。晶体生长基座杆穿入晶体生长炉内，用于作为晶体生长的载体，升降速度控制机构通过电机2带动传动丝杠3传递至晶体晶体生长基座杆4做上下运动；传动丝杠3安装在一个基础框架1上由控制电机驱动、形成运动速度精确可控的上下（升降）运动，并将运动传递给晶体生长基座杆4，从而精确控制晶体的升降速度。燃料供应系统包括燃料气体源7、燃料气体管线6、浮子气体流量计8、数字气体流量计9、以及燃料气体控制机构19。燃料气体源7包括燃料气体和助燃气体，燃料气体可以是氢气、乙炔气等，助燃气体是氧气。燃料气体管线6连接在晶体生长室，是不锈钢或高分子管线。浮子气体流量计8与数字气体流量计9浮子气体流量计8用于检测管路气体情况，数字气体流量计9用于精确控制气体的流量。燃料气体控制机构19通过串入气体通路的除湿、干燥、净化设备，向数字气体流量计提供满足工艺要求的清洁气体。原料供应系统包括原料仓10、筛网11、筛网振动机构12、筛网振动振幅控制机构13、筛网振动频率控制机构、筛网振动频率控制电机15、筛网振动振幅控制电机16构成。原料仓10用于盛放晶体原料；筛网11和筛网振动机构12用于供料；筛网振动振幅控制机构13、筛网振动频率控制机构、筛网振动频率控制电机15、筛网振动振幅本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种焰熔法数控晶体生长炉,其特征在于，该生长炉包括:晶体生长系统，包括晶体生长炉、穿入晶体生长炉内，用于作为晶体生长的载体的晶体生长基座杆，通过电机带动传动丝杠传递至晶体晶体生长基座杆做上下运动的升降速度控制机构；原料供应系统，包括锥形原料仓，在所述原料仓内设置筛网，所述原料仓的进料口安装有筛网振动机构；燃料供应系统，通过管线连接至生长室；数字控制系统，向升降速度控制机构、筛网振动振幅控制机构、筛网振动频率控制机构以及进气系统发出控制信号，并用于设置控制参数。

【技术特征摘要】
1.一种焰熔法数控晶体生长炉,其特征在于，该生长炉包括:晶体生长系统，包括晶体生长炉、穿入晶体生长炉内，用于作为晶体生长的载体的晶体生长基座杆，通过电机带动传动丝杠传递至晶体晶体生长基座杆做上下运动的升降速度控制机构；原料供应系统，包括锥形原料仓，在所述原料仓内设置筛网，所述原料仓的进料口安装有筛网振动机构；燃料供应系统，通过管线连接至生长室；数字控制系统，向升降速度控制机构、筛网振动振幅控制机构、筛网振动频率控制机构以及进气系统发出控制信号，并用于设置控制参数。2.按照权利要求1所述的焰熔法数控晶体生长炉，其特征在于，所述燃料供应系统包括燃料气体源、与燃料气体管线、浮子气体流量计、数字气体流量计、燃料气体控制机构；燃料气体源通过燃料气体管线连接至晶体生长炉，在燃料气体管线上设置浮子气体流量计用于检测管路气体情况，设置数字气体流量计用于精确控制气体的流量，燃料气体控制机构通过串入燃料气体管线的除湿、干燥、净化设备，向数字气体流量计提供满足工艺要求的清洁气体。3.按照权利要求1所述的焰熔法数控晶体生长炉，其特征在于，原料供应系...

【专利技术属性】
技术研发人员：毕孝国，周文平，唐坚，刘旭东，孙旭东，
申请(专利权)人：沈阳工程学院，
类型：发明
国别省市：辽宁,21