一种等离子加工高密度氧化铝的装置及方法，属于蓝宝石晶体用高密度氧化铝技术领域。其特征在于：本发明专利技术在加料漏斗下方设有射频等离子发生器（8）、等离子火炬（10），等离子火炬（10）外绕有高频感应线圈（7），等离子火炬（10）的下方有接料用的沉积台（12）；氧化铝粉末由加料漏斗加料后，在等离子火炬（10）中下落的过程中发生瞬间熔融。并在沉积台（12）发生定向结晶的凝固过程从而得到高纯高密氧化铝。本发明专利技术的装置和方法对高纯氧化铝不但没有污染还能够在高温的等离子体作用下使氧化铝内的部分杂质挥发使氧化铝进一步纯化。本发明专利技术能够保持工艺连续进行，不但加快了生产效率还能保持产品的性能稳定。
【技术实现步骤摘要】
，属于蓝宝石晶体用高密度氧化铝
。
技术介绍
高密氧化铝主要应用于蓝宝石晶体领域，蓝宝石由于其特殊性质被广泛应用，主要应用于军工窗口材料和LED照明领域。随着国家对节能行业的支持，LED照明日渐增大，对于高纯氧化铝的需求量也急速增长。蓝宝石晶体生长方法有很多种，比如泡生法和提拉法，热交换法，温度梯度法等。在这些过程中，主要是把高纯氧化铝放置在坩埚中加热至熔点，重新生长成单晶所得。为了提高产量和降低成本，需要尽量将高纯氧化铝原料最大限度的将坩埚填满。所以对高纯氧化铝的密度有很高的要求。目前把高纯氧化铝粉加工成高密度材料的方法有压制成型高温烧结法和氢氧焰高温熔融法两种，前者在压制过程中的模具和高温烧结中的窑具均对产品有较大的污染，后者在熔融过程中会有一定的提纯作用，但会存留大量的氢元素。而且两种方式均为间断性生产，产品之间的质量会存在较大的起伏。对下游产业的连续生产影响较大，相应产品良莠不齐，造成巨大损失。并且间断性生产的生产速率减慢，降低产量。以上两种方法生产出的高密度高纯氧化铝在用于生长蓝宝石单晶时，都会对蓝宝石质量或成品率上有较大的影响。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是:克服上述现有技术的不足，提供一种连续生产、能提高产品密度并能进一步提纯的。为解决上述技术问题，本专利技术提供的技术方案为:该等离子加工高密度氧化铝的装置，其特征在于:包括加料漏斗、射频等`离子发生器、等离子火炬、高频感应线圈、沉积台、不锈钢水冷反应器，所述加料漏斗下方设有射频等离子发生器，射频等离子发生器下方设有等离子火炬，等离子火炬外绕有高频感应线圈，等离子火炬的下端连接固定在不锈钢水冷反应器的上开口上，不锈钢水冷反应器内设有多方位旋转移动组件支撑的沉积台；加料漏斗、射频等离子发生器、等离子火炬、沉积台在同一竖直线上，保证加料漏斗内漏出的料能经过射频等离子发生器和等离子火炬后落到沉积台上，多方位旋转移动组件能够携载沉积台在上、下、左、右方向往复移动。所述的加料漏斗为水冷加料漏斗,水冷加料漏斗为加料漏斗外罩有冷水循环箱，冷水循环箱连接循环冷凝水系统，冷水循环箱上开设粉料进口。水冷加料漏斗随时降低其中氧化铝粉的温度，防止氧化铝粉部分熔融影响下料速率。所述的射频等离子发生器与沉积台之间的距离为30(T400mm，射频等离子发生器外罩有冷水循环箱并连接循环冷凝水系统。此高度保证氧化铝粉的最佳下落距离，从而能保证最佳下落时间。所述的等离子火炬为石英材质，等离子火炬外套有石英夹套，等离子火炬与石英夹套之间为空心夹层，空心夹层连接循环冷凝水系统。此结构能够耐受高温又有效隔绝高频感应线圈造成的放电现象。所述的多方位旋转移动组件包括基座、水平移动机构、升降机构和旋转机构，水平移动机构为水平移动动力电机固定在水平移动轨道一端并通过履带带动基座的基座轮在水平方向移动，升降机构为伸缩电机固定在伸缩杆的底端，伸缩杆穿过基座并与基座齿轮连接，旋转机构为固定在基座下方的旋转动力电机通过齿轮带动伸缩杆转动，伸缩杆的顶端固定在沉积台的底面上。一种利用上述装置进行等离子加工高密度氧化铝的方法，其特征在于，具体工艺步骤为: a、首先以305~350L/h的速率利用射频等离子发生器发射出等离子体发生气体，等离子体发生气体进入等离子火炬中后在高频感应线圈发出的高频磁场的作用下发生离子化并不断升温至9οο0-ιοοοοτ:； b、氧化铝粉末由加料漏斗以20(T500g/min的加料速率连续通过射频等离子发生器进入等离子火炬，氧化铝粉末在下落的过程中经过900(Tl000(rC的等离子体加热发生瞬间熔融，熔融的氧化铝沉积到沉积台上； C、沉积台在收集下落的熔融氧化铝的同时保持(T300r/min的转速，并且沉积台在水平和垂直方向上均保持l(T50mm/min的速率往复移动；熔融氧化铝降落至沉积台上首先形成液层，然后再经过自发凝固过程完成定向结晶即得。所述氧化铝的下落距离为30(T400mm。步骤a中所述的等离子发生气体为氢气与A气体按体积比1.5^14:100的混合气，所述A气体为氮气、氩气、氦气中的一种或一种以上任意比例的混合气体。步骤b中所采用的氧化铝粉末的颗粒直径为0.1~500 μ m。步骤c中所述的沉积台在收集下落的熔融氧化铝的同时保持20(T300r/min的转速；所述沉积台在收集下落的熔融氧化铝的同时在水平和垂直方向上均保持3(T40mm/min的速率往复移动。本专利技术将氧化铝粉末通过高频感应线圈形成的等离子体中，因为此时等离子体的温度很高，最高温度能达到10000°c，氧化铝粉末在高温过程中熔化形成熔融的微小颗粒，然后熔融颗粒被沉积到沉积台上。沉积台不断在不同几个方向移动，从而保证成品的形状，使冷凝的氧化铝块密度更均匀。氧化铝熔融液滴降落至沉积台上首先形成液层，然后慢慢冷却经历定向结晶过程。在加工过程中可实现氧化铝进一步纯化。大部分杂质在等离子体的高温作用下都会挥发掉一部分，剩下的部分在定向结晶过程中会排杂一部分，从而在保证不污染的情况下还可以对产品进行提纯。最终产品的纯度部分依赖于原料的纯度，利用本专利技术中的方法可以得到纯度为99.999%以上的氧化铝块体材料。对于掺杂材料的制备，保持掺杂元素的均匀分布至关重要，这就要求在这个过程中要阻止液层的形成，迅速的固化过程更有利。本专利技术的装置中也可以采用高频发生器生成等离子体。等离子火炬带有水冷设备，并放置在石英夹套中，石英夹套可隔绝高频感应线圈造成的放电现象。等离子体发生气体被导入等离子火炬中，高频感应线圈产生高频应变磁场，使气体离子化，从而产生等离子体。气体的选择不是特别严格，任何可以产生等离子的气体都可以使用。在高纯氧化铝的制备中，氧化铝粉末通过水冷加料漏斗进入反应器。由于等离子体具有非常高的温度，氧化铝颗粒将会快速的熔化，而部分杂质则会挥发掉。熔化的液态氧化铝沉积在沉积台上，沉积台由氧化铝或其他耐高温材料制成，然后形成的液层经历一个定向凝固过程得到氧化铝块体材料。这个过程和沉积台与等离子焰的距离密切相关，主要由射频等离子发生器与沉积台之间的距离。如果距离过远，在降落到沉积台时没有足够的流动性，熔融的氧化铝在非常短的时间内固化，不利于杂质的排出和保持氧化铝块体的高密度和均匀分布；如果距离过近容易受等离子火炬内的温度影响，氧化铝固化时间过长也不利于杂质的挥发；只有在本专利技术所述距离可以保持沉积台处在比较高温的环境下，有利于液层的保存，既保证进一步纯化氧化铝块体材料又能让氧化铝在最佳的时间固化；过程中氧化铝先以液体的形式存在，在固化过程中杂质倾向于集中在晚一步固化的表层中，完全固化后通过简单的机械打磨就可以得到进一步纯化的氧化物块体。本专利技术中保持沉积台在持续的运动中，通过对转动速率、水平移动频率和幅度、垂直移动速率和幅度的调节，保持沉积台接受熔融氧化铝的位置在不断地变化；使先接收的氧化铝有足够的时间固化，并在运动中保持氧化铝块的密度均匀。并可有意识的塑造氧化招块的形状。与现有技术相比，本专利技术的所具有的有益效果是:本专利技术的装置和方法对高纯氧化铝不但没有污染还能够在高温的等离子体作用下使氧化铝内的部分杂质挥发使氧化铝进一步纯化。本专利技术的装置和方法工作环境整洁，无污染，能够保持工艺本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种等离子加工高密度氧化铝的装置，其特征在于：包括加料漏斗、射频等离子发生器（8）、等离子火炬（10）、高频感应线圈（7）、沉积台（12）、不锈钢水冷反应器（14），所述加料漏斗下方设有射频等离子发生器（8），射频等离子发生器（8）下方设有等离子火炬（10），等离子火炬（10）外绕有高频感应线圈（7），等离子火炬（10）的下端连接固定在不锈钢水冷反应器（14）的上开口上，不锈钢水冷反应器（14）内设有多方位旋转移动组件支撑的沉积台（12）；加料漏斗、射频等离子发生器（8）、等离子火炬（10）、沉积台（12）在同一竖直线上，保证加料漏斗内漏出的料能经过射频等离子发生器（8）和等离子火炬（10）后落到沉积台（12）上，多方位旋转移动组件能够携载沉积台（12）在上、下、左、右方向往复移动。
【技术特征摘要】
1.一种等离子加工高密度氧化铝的装置，其特征在于:包括加料漏斗、射频等离子发生器(8)、等离子火炬(10)、高频感应线圈(7)、沉积台(12)、不锈钢水冷反应器(14)，所述加料漏斗下方设有射频等离子发生器(8)，射频等离子发生器(8)下方设有等离子火炬(10)，等离子火炬(10)外绕有高频感应线圈(7)，等离子火炬(10)的下端连接固定在不锈钢水冷反应器(14)的上开口上，不锈钢水冷反应器(14)内设有多方位旋转移动组件支撑的沉积台(12);加料漏斗、射频等离子发生器(8)、等离子火炬(10)、沉积台(12)在同一竖直线上，保证加料漏斗内漏出的料能经过射频等离子发生器(8)和等离子火炬(10)后落到沉积台(12)上，多方位旋转移动组件能够携载沉积台(12)在上、下、左、右方向往复移动。2.根据权利要求1所述的一种等离子加工高密度氧化铝的装置，其特征在于:所述的加料漏斗为水冷加料漏斗(4 ),水冷加料漏斗(4 )为加料漏斗外罩有冷水循环箱,冷水循环箱连接循环冷凝水系统，冷水循环箱上开设粉料进口。3.根据权利要求1所述的一种等离子加工高密度氧化铝的装置，其特征在于:所述的射频等离子发生器(8)与沉积台(12)之间的距离为30(T400mm，射频等离子发生器(8)外罩有冷水循环箱并连接循环冷凝水系统。4.根据权利要求1所述的一种等离子加工高密度氧化铝的装置，其特征在于:所述的等离子火炬(10)为石英材质，等离子火炬(10)外套有石英夹套(9)，等离子火炬(10)与石英夹套(9)之间为空心夹层，空心夹层连接循环冷凝水系统。5.根据权利要求1所述的一种等离子加工高密度氧化铝的装置，其特征在于:所述的多方位旋转移动组件包括基座(15)、水平移动机构、升降机构和旋转机构，水平移动机构为水平移动动力电机(18)固定在水平移动轨道(21) —端并通过履带带动基座(15)的基座轮(19)在水平方向移动，升降机构为伸缩电机(20)固定在...
【专利技术属性】
技术研发人员：王武平，宋军，杨超，
申请(专利权)人：山东晶鑫晶体科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37
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