[实用新型]一种新型的高纯氧化铝预处理坩埚

说明书

技术领域

本实用新型涉及蓝宝石单晶加工，具体涉及是一种蓝宝石用高纯氧化铝预处理坩埚。

背景技术

蓝宝石（Sapphire）是一种氧化铝（α-Al₂O₃）的单晶，具有独特的晶体结构，优异的光学性能、机械性能、化学稳定性和热学性能，强度高、硬度大、耐冲刷，使其成为被广泛应用的窗口材料和理想的衬底材料。

制备蓝宝石的方法很多，主要包括焰熔法、提拉法、区熔法、导模法、坩埚移动法、热交换法、温度梯度法、泡生法等，其中泡生法工艺生长的蓝宝石晶体约为目前市场份额的70%。采用泡生法等方法生长蓝宝石晶体时，其引晶过程要求坩埚中的氧化铝熔汤液面达到一定的高度，以便于籽晶能够顺利引导晶颈的生长，从而进行后面的放肩和定径生长。要保证氧化铝熔汤的液面高度，就必须先保证坩埚装料时氧化铝原料的重量，也就必须保证氧化铝原料具备较高的密度，尽量接近其3.98g/cm³的理论密度。

目前，对蓝宝石长晶用高纯氧化铝进行致密化预处理的方法有压块烧结法、焰熔法、预熔烧结法等，其中以预熔烧结法工艺简单，成本较低，且该方法不但不会造成高纯氧化铝的二次污染，还会在高温工艺过程中实现氧化铝的二次提纯，进一步增加氧化铝的纯度和减少杂质含量。

高纯氧化铝的预熔烧结处理工艺中，坩埚是这个预处理工序中一件非常重要的设备，直接关系到预熔烧结工艺的成败及烧结产品的纯度。传统的感应加热坩埚为金属的实体，感应加热过程中利用电磁感应原理先加热坩埚，然后坩埚再通过热传导的方式来加热坩埚中的物质，传热效率低，加热速度慢，能耗大，坩埚自损耗大，还可能造成被加热物质的二次污染。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种低成本、易装拆、易脱锅、自损耗小、二次污染极小甚至没有二次污染、位置可以自动调整和精确控制的新型高纯氧化铝预处理坩埚。

本实用新型包括坩埚本体和配套辅助部件。

坩埚本体由固定绝缘圈（2）、坩埚壁（3）、底座圆盘（4）、支撑螺栓（5）和底座（6）组成。将内径6-20mm、外径8-24mm和长度400-800mm的紫铜管从中心对折，使铜管管壁间距为0.5-3mm，然后通过耐高温的绝缘圈（厚为10-30 mm，内径和外径根据坩埚直径而定）将若干对折的紫铜管串接和固定起来，组成坩埚本体的坩埚壁。根据需要，通过采用不同的铜管数量进行组合来实现坩埚直径的变化。对折铜管的底部两个口穿过坩埚底部圆盘后分别与进水和出水相连，实现坩埚工作过程中的连续水冷，从而减少坩埚工作中的自损耗和对被加热物质的污染，同时延长坩埚使用寿命。为实现组成坩埚壁的铜管更加固定，在坩埚下端设有底座圆盘。底座圆盘采用耐高温的绝缘材料制成，其厚度为30-60mm，外径比感应线圈内径小10-30mm。底座圆盘上开有与铜管外径同等大小的若干圆孔，用于固定铜管下端，数量为组成坩埚壁的铜管的数量的2倍。底部圆盘的中间开有内径为10-20mm的圆孔，用于氧化铝预熔烧结棒出锅时下顶杆的通过。另外，在底座圆盘的上面，坩埚里面的下部，有一个圆形的铜板，铜板的下面焊接有圆盘形环绕的铜管，铜管两端连接进水和出水，以冷却底部铜板和保护坩埚底。在坩埚底部下面有绝缘底座，用于将坩埚和底部金属支撑件分开，厚度为30-50 mm，长宽尺寸根据坩埚尺寸而定。绝缘底座的中开有顶杆通过的圆孔，直径为10-20mm。坩埚和底座之间采用黄铜制成的六角支撑螺栓连接，用于支撑坩埚和冷却水管的重量，其长度为100-300mm。

坩埚辅助部件包括固定绝缘圈定位支架（1）、底部支撑板（7）、提拉机构下部绝缘块（8）、支撑杆（9）、提拉机构下部绝缘块（10）和提拉板（11）。固定绝缘圈定位支架用于定位坩埚上部的固定绝缘圈，采用绝缘结构材料制成。底部支撑板采用不锈钢制成，用于支撑坩埚和冷却水管的重量，其中间部位开有与坩埚底座相同的圆孔。提拉机构上部和下部绝缘块也采用绝缘结构材料制成，用于连接提拉杆和绝缘块。其中，两块下部绝缘块中间各设有2个腰子孔，通过调节螺栓的调节，可以使坩埚置于感应线圈的中间位置。支撑杆用于连接上下绝缘块，采用不锈钢制成。提拉板采用不锈钢制成，中间部位开有和丝杆螺纹匹配的螺纹孔，并在孔上方焊接有U型套，实现坩埚的提升和下降。辅助部件的具体尺寸和坩埚尺寸及相应的预熔烧结炉尺寸有关，根据具体情况进行匹配。

附图说明

图1为本实用新型的坩埚结构示意图。

具体实施方式