[实用新型]一种纯氧气氛退火装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及退火设备领域，特别是涉及一种适用于激光晶体和闪烁晶体等的后期退火处理的纯氧气氛退火装置。

背景技术

当今，提拉法(丘克拉斯基法)是生长晶体最常用的方法，用这种方法生长高品质高温氧化物晶体(宝石、钇铝石榴石、硅酸钇镥、钒酸钇、钆镓石榴石、尖晶石等)通常需要在铱金坩埚中进行，以减少生长环境对熔体和晶体的污染。

由于提拉法生长晶体时固液界面的温度梯度较大，所生长的晶体热应力较大，在晶体加工之前一般需要退火处理；另一方面，由于铱金坩埚在高温环境下容易氧化，晶体生长时的炉膛必须保持高真空或充入中性保护气体(Ar或N2)，大部分生长出的晶体由于缺氧会产生氧空位点缺陷和色心，氧空位缺陷对氧化物晶体的光学性能产生重要影响，在光子与晶体的相互作用过程中，氧空位成为电子陷阱或通过附加通道导致激发能损耗，从而产生的无辐射跃迁是抑制晶体发光效率的主要原因{Journal of Applied Physics 99，113518(2006)}，因此大部分无氧环境下生长的氧化物晶体，为提高其性能，都需要后期有氧退火处理。除此之外，还有一些晶体由于晶体内部激活离子变价的需要，必须在氧化气氛中退火后才能使用或达到最佳性能，如Cr4+:YAG晶体和Yb3+:YAG晶体由于Cr3+和Yb2+离子的存在必须在有氧气氛中退火，使其尽可能氧化为Cr4+和Yb3+离子。

目前，氧化气氛退火，一般直接将晶体、晶片、晶棒直接放于箱式电阻炉(马弗炉)中在空气气氛中退火。这种退火方法存在两个严重的缺点，第一，由于大气中的尘埃或退火炉中其它杂质离子的扩散或反扩散作用，晶体容易产生二次污染；第二，退火效率不高，在空气中退火需要更高的退火温度，能耗大，退火后的晶体亮度和透过率也不理想。

实用新型内容

本实用新型主要解决的技术问题是提供一种纯氧气氛退火装置，能够实现在纯氧气氛中进行晶体退火，使晶体、晶片或晶棒充分去除氧空位缺陷、脱碳、去污染、消除晶体应力，使晶体的发光性能、亮度、透明度以及结晶完整性和光学均匀性均达到最佳。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的一个技术方案是：提供一种纯氧气氛退火装置，包括：石英管、供氧单元、加热单元、温控仪、温度采集仪和电源；其中：

所述石英管，包括一可放置待退火原料的空腔、和所述空腔连通的进气口和出气口；

所述供氧单元，向所述石英管的空腔中供氧，包括供氧源、一端和所述供氧源连通且另一端和所述石英管的进气口连通的供氧管和安装在所述供氧管上控制供氧管开闭的阀门；

所述压力控制仪，安装在所述供氧管上，控制所述供氧源向所述石英管的内腔提供预设压力的氧气；

所述加热单元，向所述石英管的空腔提供热能，包括包围在所述石英管的空腔外的陶瓷管、缠绕在所述陶瓷管上的电阻丝；

所述温度采集仪，放置在加热单元中，采集加热单元的温度信号传输给温控仪；

所述温控仪，与所述电阻丝和温度采集仪电性连接，根据所述温度采集仪输入的信号调节所述电阻丝的发热功率；

所述电源，向所述加热单元供电，和电阻丝通过导线连接。

在本实用新型一个较佳实施例中，所述压力控制仪为减压阀。

在本实用新型一个较佳实施例中，所述温控仪为PID控温仪，所述温度采集仪为热电偶，所述PID控温仪通过补偿导线和所述热电偶连接，所述PID控温仪安装在连接电阻丝和电源的导线上，所述热电偶采集温度信号传输给所述PID控温仪，所述PID控温仪通过PID调节方式向所述电阻丝输出控制信号，调节电阻丝的发热功率。

在本实用新型一个较佳实施例中，所述热电偶为镍铬-镍硅热电偶或铂-铂铑热电偶。

在本实用新型一个较佳实施例中，所述石英管的出气口为与所述石英管的内腔的中心轴线呈直角的尖嘴状。

在本实用新型一个较佳实施例中，所述加热单元还包括保温棉和不锈钢圆筒，由所述陶瓷管和电阻丝组成的加热体将所述石英管包覆其中，所述保温棉接着包覆在所述加热体外，所述不锈钢圆筒又包覆在保温棉外，不锈钢圆筒的两端安装有第一保温侧盖和第二保温侧盖，所述石英管的进气口伸出所述第一保温侧盖外，所述石英管的出气口伸出所述第二保温侧盖外。

在本实用新型一个较佳实施例中，所述石英管和所述加热体有一定的间距，之间通过支撑架支撑，所述支撑架为氧化铝泡沫砖支撑架。

在本实用新型一个较佳实施例中，所述石英管、陶瓷管、保温棉及不锈钢圆筒的中心轴为同一轴线。