生长球冠形异型晶体用组合式坩埚制造技术

一种生长球冠形异型晶体用组合式坩埚，其特征是它由外部坩埚（１）、内部坩埚（２）及坩埚内部锥体（３）组成：所述的外部坩埚（１）的底设有籽晶槽（１１），该籽晶槽（１１）以一定弧度平滑过渡地于一半球形弧（１２）相接，坩埚顶部开有一定宽度和深度的三个纵向槽（１３），在纵向槽（１３）的下部开有相同宽度的横向槽（１４）；所述的内部坩埚（２），其顶部设有三个与外部坩埚间距离相等且带负公差的横向固定块体（２１），内部坩埚（２）半球形弧之上一定高度设有与三个相间１２０°的倾斜向下的导流槽（２２）；该坩埚内部锥体（３）置于内部坩埚（２）中，该坩埚内部锥体（３）之顶为锥体（３１），其下是直径与锥体底面直径相等且有一定厚度的圆柱体（３２），圆柱体（３２）下面是小直径的圆柱体（３３），该坩埚内部锥体（３）的高度恰使锥体（３１）底边与导流槽（２２）在内部坩埚（２）开口的内壁底沿平齐。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及晶体生长，特别是一种供垂直温梯法生长球冠形异型晶体用组合式坩埚。这种组合式坩埚也可以适用于热交换法(HEM)和坩埚下降法(Bridgman)等生长大尺寸高温单晶体。
技术介绍
用一般的方法生长的普通形状的晶体经切割、机械加工等程序成为形状较复杂的晶体会导致昂贵材料的损耗，同时在晶格中引入缺陷和改变晶体的物理机械性能，为了克服这些缺点，发展能满足尺寸、形状和性能要求的结晶方法就显得非常重要，即直接生长接近成型的异型晶体。成型晶体生长提供了根据不同的预定截面参量生长单晶的可能性，它可以生长其它方法难以形成的几何形状。不同的晶体形状如板状，不同截面的棒状、管状、盘状、球冠状等异型晶体被应用在科学与技术中的许多方面，如管状应用于激光泵浦灯、室外照明高压钠灯的包壳；具有通道的空心杆状可应用于高效激光装置等。球冠形异型晶体在军事领域有重要的应用，如导弹的头部钟罩就需要球冠形或者类似形状。以前生长球冠形异型晶体是用非毛细管成型技术(NoncapillaryShaping Technique)生长(参见Journal of crystal growth，第179卷，1997年，第175页)，和导模法(Edge-defined Film-fed Growth)生长(参见Window andDome Technologies and Materials II，SPIE Proc.1326，1990年，第2页)。上述已有技术具有明显的缺点模具设计非常复杂，生长需要精密控制，不便操作，而且原料利用率不高、生长成本较高。
技术实现思路
本专利技术的目的就在于提供一种用于生长球冠形异型晶体的组合式坩埚，以满足垂直温梯法、热交换法(HEM)和坩埚下降法(Bridgman)等方法生长球冠形异型晶体。本专利技术的技术解决方案如下 一种生长球冠形异型晶体用组合式坩埚，其特征是它由外部坩埚、内部坩埚及坩埚内部锥体组成所述的外部坩埚的底设有籽晶槽，该籽晶槽以一定弧度平滑过渡地于一半球形弧相接，坩埚顶部开有一定宽度和深度的三个纵向槽，，在纵向槽的下部开有相同宽度的横向槽；所述的内部坩埚，其顶部设有三个与外部坩埚间距离相等且带负公差的横向固定块体，内部坩埚半球形弧之上一定高度设有与三个相间120°的倾斜向下的导流槽；该坩埚内部锥体置于内部坩埚中，该坩埚内部锥体之顶为锥体，其下是直径与锥体底面直径相等且有一定厚度的圆柱体，圆柱体下面是小直径的圆柱体，该坩埚内部锥体的高度，当该坩埚内部锥体放入内部坩埚时，恰使锥体底边与导流槽在内部坩埚开口的内壁底沿平齐。所述的三个纵向槽相间120°。所述的内部坩埚、外部坩埚及坩埚内部锥体是由同一种材料制成的，材料可以是石墨、钼、钨及钨钼合金等，外部坩埚内表面抛光，内部坩埚外表面抛光，锥体的上表面抛光。与在先技术相比，本专利技术采用了一种用于生长球冠形异型晶体的组合式坩埚，这种组合式坩埚适用于垂直温梯法、热交换法(HEM)和坩埚下降法(Bridgman)等生长大尺寸高温单晶体。利用本专利技术的组合式坩埚用温度梯度炉在坩埚内直接形成需要的球冠形异型晶体，或根据设计需要的其他形状的晶体，生长过程操作简单，易于控制，而且与在先技术相比，原料的利用率更高，可以有效的降低成本。附图说明图1是外部坩埚结构2是内部坩埚结构剖视3是内部坩埚结构俯视4是坩埚内部锥体结构5是坩埚组合示意图具体实施方式图1、图2、图3、图4和图5是本专利技术球冠形异型晶体的组合式坩埚最佳实施例结构图，本专利技术球冠形异型晶体的组合式坩埚由3部分组成外部坩埚1、内部坩埚2及坩埚内部锥体3，分别见图1、图2和图3。总体组合图见图4。内部坩埚、外部坩埚及坩埚内部锥体为同一种材料，材料可以是石墨、钼、钨及钨钼合金等，外部坩埚内表面抛光，内部坩埚外表面抛光，锥体上表面抛光。外部坩埚见图1，带有籽晶槽11，籽晶槽11与半球形弧12以一定的弧度平滑过渡，坩埚顶部开有三个纵向槽13，三个槽相间120°。在纵向槽13的下部开有相同宽度的横向槽14。内部坩埚见图2，外表面从顶部开始往下为三个相间120°与内部和外部坩埚间距离相等且带负公差的横向固定块体21，内部坩埚半球形弧上一定高度上，有与三个相间120°斜向下的导流槽22。该坩埚内部锥体3之顶为锥体31，其下是直径与锥体底面直径相等且有一定厚度的圆柱体32，圆柱体32下面是小直径的圆柱体33，该坩埚内部锥体3的高度恰使锥体31底边与导流槽22在内部坩埚2开口的内壁底沿平齐。形成球冠形异型形状坩埚的设计如下生长用球冠形异型坩埚的形成是由内部和外部两个底部为半球形的异型坩埚共同构成，内部和外部坩埚分别见图1和2。其中外部坩埚底部带有籽晶槽11，籽晶槽与半球形弧12以一定弧度平滑过渡，半球形弧以上部分有一定锥度。内部坩埚底部为半球形，其直径由生长晶体的厚度决定，半球形弧以上部分带有与外部坩埚一样的锥度。为了使内部和外部坩埚装配更容易，内部坩埚从半球形弧以上部分高于外部坩埚半球形弧以上部分。内部和外部坩埚之间的固定方法是外部坩埚顶部开有一定宽度和深度的三个纵向槽13，三个槽相间120°。在纵向槽的下部开有相同宽度的横向槽14，高度为纵向槽13的一半。内部坩埚外表面从顶部开始往下为三个相间120°与内部和外部坩埚间隔距离相等且带负公差的横向固定块体21，块体宽度大于外部坩埚开槽的总宽度，高度大于外部坩埚所开纵向槽高度。在前所述的三个横向块体上，从块体底端中间开始有宽度稍小于外部坩埚横向槽的三个铆合块。铆合块的宽度稍小于外部坩埚纵向槽，高度稍小于外部坩埚横向槽。外部坩埚纵向槽底部到半球形弧开始处的高度与内部坩埚铆合块底部到半球形弧开始出的高度相同。将内部坩埚的三个块体放入外部坩埚所述槽中旋转使内外两个坩埚固定。异型坩埚原料和熔体填充方法是原料为颗粒较大的料和生长晶体厚度较大原料易于填充时，原料可以直接填充于内部和外部坩埚之间。原料为粉末料时，要进行压料后填充与内部坩埚中。这种情况下内部坩埚在半球形弧上一定高度与三个相间120°斜向下的导流槽22。同时内部坩埚中要放入一个锥体3。锥体31下部有直径等与锥体底面直径相等且有一定厚度的圆柱体32，圆柱体32下面是直径更小的与内部坩埚底部接触的小圆柱体33，高度应使上述锥体底部与内坩埚壁的导流槽22底部开口处平齐。将原料加入到锥体31上部，原料熔化后经导流槽22流入内外坩埚之间的半球形部分，这种设计可以使原料充分利用。一次生长多个球冠形异型晶体的坩埚设计如下一次生长数量大于N(N＞2)个的晶体需要N+1个坩埚配合使用，坩埚之间的固定方法同前所述相同，不同之处在于除外部坩埚之外，所有坩埚底部中心处都有相同直径的小原孔。原料直接填充于最内部坩埚之内，原料熔化后经坩埚底部的圆孔填充于各个坩埚之间的半球形内。从温梯炉中取出组合式坩埚，将组合式内部坩埚与外部坩埚、坩埚内部锥体分开，将位于内部坩埚与外部坩埚间的球冠形异型氟化钙晶体取出。晶体透明、完整。权利要求1.一种生长球冠形异型晶体用组合式坩埚，其特征是它由外部坩埚(1)、内部坩埚(2)及坩埚内部锥体(3)组成所述的外部坩埚(1)的底设有籽晶槽(11)，该籽晶槽(11)以一定弧度平滑过渡地于一半球形弧(12)相接，坩埚顶部开有一定宽度和深度的三个纵本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周国清，董永军，徐军，苏良碧，司继良，杨卫桥，李红军，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：