【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于晶体生长，具体涉及一种采用感应加热实现水平定向生长板状晶体的装置和方法。
技术介绍
1、板状晶体在高技术发展领域中具有不可替代的重要作用，比如大尺寸板状yag（钇铝石榴石）晶体是获得高功率、大能量激光输出的核心增益介质，在高能激光武器、激光切割的发展中有着重要的应用价值；大尺寸板状蓝宝石晶体作为窗口材料，在航空、航天等国防领域也有着广泛的应用需求。
2、目前国内制备板状晶体大多采用的是将提拉法或泡生法生长出来的棒状晶体进行切割加工，这种方法加工余量大、晶体利用率低。而水平定向结晶法可以直接生长板条状晶体，可以大大提高晶体利用率；其原理是通过加热将舟型坩埚内的原料熔融后再结晶生长。
3、目前在使用水平定向结晶法生长晶体时主要存在以下问题：采用的晶体生长坩埚为上表面敞口的结构，围绕坩埚成型的发热体在坩埚上方通过热辐射将热量直接传递到原料上，其余方向则是先热辐射将热量传递到坩埚上，坩埚再以热传导将热量传递给原料；这样，由于热量传递方式的差别，极易造成晶体生长时温度分布的不均匀，进而导致生长出的晶体出现多晶、杂质、云层和开裂等缺陷。
4、因此有必要为实现水平定向生长板状晶体提供一个均匀、稳定的温场。
技术实现思路
1、针对现有技术的上述不足，本专利技术要解决的技术问题是提供一种采用感应加热实现水平定向生长板状晶体的装置和方法，避免现有技术中制备大尺寸板状晶体时由于温度分布不均匀导致生长的晶体存在多晶、云层和开裂等问题。
2、为解
3、一种采用感应加热实现水平定向生长板状晶体的装置，包括生长腔室，所述生长腔室内放置坩埚，所述坩埚上方敞口并沿其长度方向依次设有籽晶夹持段、放肩生长段和等宽生长段；籽晶夹持段上设有籽晶夹持口；所述生长腔室的外部沿坩埚的长度方向环设有感应线圈以在交变电的作用下对坩埚进行感应加热；
4、所述坩埚的上表面设有盖板，所述盖板将坩埚放肩生长段全段和等宽生长段除尾部外的其余区域上方敞口封盖，等宽生长段尾部保留的敞口区域构成装料口；
5、还包括直线运动机构，所述直线运动机构用于使得所述感应线圈和生长腔室之间沿坩埚内结晶方向产生相对运动。
6、进一步完善上述技术方案，所述生长腔室包括水平放置的石英管，所述石英管的内部中空且两端可拆卸连接有竖向的挡板，石英管和挡板之间设有密封圈以形成封闭结构；所述感应线圈绕设于石英管的外部并与石英管的外壁之间设有间隙；
7、所述石英管内设有管状的保温层，保温层的外径与石英管的内径相适配；保温层两端可拆卸连接有端封板，保温层内径大于坩埚宽度以便取放坩埚。
8、进一步地，所述挡板为双层结构，双层结构的内部中空；挡板的侧壁上设有与挡板内部相连通的进水管和出水管，通过进水管和出水管使冷却水在挡板内部循环以进行冷却降温。
9、进一步地，所述感应线圈由铜管绕制而成，铜管的横截面为中空结构并通有循环流动的冷却水，铜管的两端分别为冷却水进口和冷却水出口。
10、进一步地，所述盖板的厚度与坩埚壁的厚度一致；所述感应线圈与坩埚下表面之间的距离和与盖板上表面之间的距离相等。
11、进一步地，所述坩埚的后侧面具有斜度以形成向上向后倾斜的斜面，所述盖板尾端的竖向投影落在斜面上。
12、进一步地，所述直线运动机构包括基板，所述基板的上方固定有导轨，所述导轨的长度方向与坩埚的长度方向一致；
13、在基板上位于导轨的两端分别设有支撑板，滚珠丝杠的两端通过轴承安装于对应侧的支撑板上并悬空设置于导轨上方；
14、一侧的支撑板上安装有电机，电机的输出端通过联轴器与滚珠丝杠相连以带动滚珠丝杠转动；所述滚珠丝杠的外表面设有外螺纹，滚珠丝杠上螺纹连接有丝杠螺母，所述导轨上滑动连接有导轨滑台，所述导轨滑台与丝杠螺母相连。
15、可选择地，所述丝杠螺母与感应线圈相连接，电机驱动滚珠丝杠转动，丝杠螺母在滚珠丝杠的驱动下并在导轨的限制下作直线运动，从而带动感应线圈朝坩埚装料口的方向移动。
16、可选择地，所述丝杠螺母与所述石英管两端的挡板相连接，电机驱动滚珠丝杠转动，丝杠螺母绕滚珠丝杠转动并在导轨的限制下作直线运动，从而带动整个生长腔室朝坩埚籽晶夹持口的方向移动。
17、本专利技术还涉及一种采用感应加热实现水平定向生长板状晶体的方法，本方法基于如上所述的一种采用感应加热实现水平定向生长板状晶体的装置而进行，包括如下步骤：
18、将装好晶体原料和籽晶的坩埚放入保温层内，并使籽晶夹持口位于感应线圈的边缘，坩埚的放肩生长段位于感应线圈内，安装并密封好石英管两端的挡板，以使生长腔室为封闭结构；
19、开启感应线圈的电源，对坩埚进行加热，直至坩埚内的晶体原料熔化为熔体，调节感应线圈的输出功率，确保熔体液面线刚好在籽晶位置；使得籽晶既不会熔化也不会迅速长大，保温至少0.3小时，完成引晶；
20、引晶结束后，控制直线运动机构使得感应线圈和生长腔室之间沿坩埚内结晶方向产生相对运动，在运动过程中，熔体因逐渐离开感应线圈的中间区域而开始结晶，坩埚依次进入放肩阶段和等宽生长阶段，直至全部结晶生长完成。
21、相比现有技术，本专利技术具有如下有益效果：
22、1、本专利技术的一种采用感应加热实现水平定向生长板状晶体的装置，基于感应加热的方式，对现有的上方敞口的坩埚进行改进，在坩埚上表面设置盖板，使得盖板覆盖坩埚放肩生长段全段和等宽生长段除尾部外的其余区域；这样，在感应加热时，位于加热区域的坩埚处于一个均匀、稳定的温场，以使生长出优质的晶体，有效避免晶体出现多晶和开裂等缺陷。
23、2、本专利技术的一种采用感应加热实现水平定向生长板状晶体的装置，所设计的直线运动机构可以实现加热装置（感应线圈）和坩埚之间的相对运动，提供了一种适用于水平定向生长板状晶体的可移动式温场结构。
24、3、本专利技术的一种采用感应加热实现水平定向生长板状晶体的方法，将上方设计有封盖的坩埚放于可移动式温场结构内进行感应加热、生长晶体，能为晶体生长提供一个均匀、稳定的温场，避免生长出的板状晶体出现多晶、杂质、云层、开裂等缺陷。
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1.一种采用感应加热实现水平定向生长板状晶体的装置，包括生长腔室，所述生长腔室内放置坩埚，所述坩埚上方敞口并沿其长度方向依次设有籽晶夹持段、放肩生长段和等宽生长段；籽晶夹持段上设有籽晶夹持口；所述生长腔室的外部沿坩埚的长度方向环设有感应线圈以在交变电的作用下对坩埚进行感应加热；
2.根据权利要求1所述一种采用感应加热实现水平定向生长板状晶体的装置，其特征在于：所述生长腔室包括水平放置的石英管，所述石英管的内部中空且两端可拆卸连接有竖向的挡板，石英管和挡板之间设有密封圈以形成封闭结构；所述感应线圈绕设于石英管的外部并与石英管的外壁之间设有间隙；
3.根据权利要求2所述一种采用感应加热实现水平定向生长板状晶体的装置，其特征在于：所述挡板为双层结构，双层结构的内部中空；挡板的侧壁上设有与挡板内部相连通的进水管和出水管，通过进水管和出水管使冷却水在挡板内部循环以进行冷却降温。
4.根据权利要求1所述一种采用感应加热实现水平定向生长板状晶体的装置，其特征在于：所述感应线圈由铜管绕制而成，铜管的横截面为中空结构并通有循环流动的冷却水，铜管的两端分别为冷却水
5.根据权利要求1所述一种采用感应加热实现水平定向生长板状晶体的装置，其特征在于：所述盖板的厚度与坩埚壁的厚度一致；所述感应线圈与坩埚下表面之间的距离和与盖板上表面之间的距离相等。
6.根据权利要求1所述一种采用感应加热实现水平定向生长板状晶体的装置，其特征在于：所述坩埚的后侧面具有斜度以形成向上向后倾斜的斜面，所述盖板尾端的竖向投影落在斜面上。
7.根据权利要求2所述一种采用感应加热实现水平定向生长板状晶体的装置，其特征在于：所述直线运动机构包括基板，所述基板的上方固定有导轨，所述导轨的长度方向与坩埚的长度方向一致；
8.根据权利要求7所述一种采用感应加热实现水平定向生长板状晶体的装置，其特征在于：所述丝杠螺母与感应线圈相连接，电机驱动滚珠丝杠转动，丝杠螺母在滚珠丝杠的驱动下并在导轨的限制下作直线运动，从而带动感应线圈朝坩埚装料口的方向移动。
9.根据权利要求7所述一种采用感应加热实现水平定向生长板状晶体的装置，其特征在于：所述丝杠螺母与所述石英管两端的挡板相连接，电机驱动滚珠丝杠转动，丝杠螺母绕滚珠丝杠转动并在导轨的限制下作直线运动，从而带动整个生长腔室朝坩埚籽晶夹持口的方向移动。
10.一种采用感应加热实现水平定向生长板状晶体的方法，其特征在于：本方法基于权利要求1所述的一种采用感应加热实现水平定向生长板状晶体的装置而进行，包括如下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种采用感应加热实现水平定向生长板状晶体的装置，包括生长腔室，所述生长腔室内放置坩埚，所述坩埚上方敞口并沿其长度方向依次设有籽晶夹持段、放肩生长段和等宽生长段；籽晶夹持段上设有籽晶夹持口；所述生长腔室的外部沿坩埚的长度方向环设有感应线圈以在交变电的作用下对坩埚进行感应加热；
2.根据权利要求1所述一种采用感应加热实现水平定向生长板状晶体的装置，其特征在于：所述生长腔室包括水平放置的石英管，所述石英管的内部中空且两端可拆卸连接有竖向的挡板，石英管和挡板之间设有密封圈以形成封闭结构；所述感应线圈绕设于石英管的外部并与石英管的外壁之间设有间隙；
3.根据权利要求2所述一种采用感应加热实现水平定向生长板状晶体的装置，其特征在于：所述挡板为双层结构，双层结构的内部中空；挡板的侧壁上设有与挡板内部相连通的进水管和出水管，通过进水管和出水管使冷却水在挡板内部循环以进行冷却降温。
4.根据权利要求1所述一种采用感应加热实现水平定向生长板状晶体的装置，其特征在于：所述感应线圈由铜管绕制而成，铜管的横截面为中空结构并通有循环流动的冷却水，铜管的两端分别为冷却水进口和冷却水出口。
5.根据权利要求1所述一种采用感应加热实现水平定向生长板状晶体的装置，其特征在于：所述盖板的厚度与...
【专利技术属性】
技术研发人员：李海林，徐扬，丁雨憧，刘荣荣，张月，张灵，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第二十六研究所，
类型：发明
国别省市：
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