[发明专利]用于生长金属双晶的坩埚

说明书

技术领域

本发明涉及一种晶体材料的生长装置，特别涉及一种用于生长金属双晶的坩埚。

背景技术

金属材料由于其高的强度、韧性、以及良好的导电、导热等性能而被广泛应用于工业、农业、军事及航空航天等各个领域，并发挥着重要的作用。但是日常的材料中往往含有各种缺陷，导致材料在使用过程中会出现各种问题，晶界就是最常见的缺陷之一。作为一种三维微观结构，晶界对材料的物理、化学、力学性质都有很大的影响，因此，晶界研究一直是固体物理和材料科学的一个重要内容。在过去的研究中，研究对象大多是多晶试样，但多晶式样中包含不同的晶界类型和各种晶粒尺寸，所以晶界结构及其性质以及与材料各种宏观性能的内在联系一直不够清楚。相对于多晶试样来说，双晶中只含有一个晶界，它的晶界结构和取向差都是确定的，而且排除了晶粒尺寸的干扰，因此对特定晶界结构与性能的研究有很大的帮助。

通常，石墨坩埚是用来装载多晶原料的容器，坩埚底部有籽晶槽，用来放置确定方向的籽晶。籽晶上方的坩埚内盛放多晶源熔料。高温下，籽晶与源熔料接触，利用晶体生长炉巨大的轴向温度梯度，使得籽晶存在一个固液界面。采用一定手段使固液界面逐渐远离籽晶，这样便可以按照籽晶的晶格点阵排列生长晶体。

金属双晶材料的生长原理为：熔体材料在一定的过冷温度范围内，随着过冷度的增大，会产生大量晶胚。如果熔体均匀降温，产生的大量晶胚将在熔体内均匀形核长大，最终凝固为多晶材料。籽晶就是认为安放在坩埚底部的晶胚，使坩埚中的两个籽晶产生较大温度梯度而得到两个晶格点阵排列可控的晶胚。晶体随过冷度增加逐渐开始从这两个晶胚处开始结晶长大，得到两个同时长大的单晶。两个单晶分别经过放肩区长大后，两个单晶接触，从而在中间形成一个界面。固液界面接触合并后继续移动，最终形成双晶体。

目前双晶体在晶界科学研究和日常应用中都有很大的作用，但目前关于双晶生长的报道很少。鉴于石墨坩埚有良好的热导性和耐高温热振性，在高温使用过程中，热膨胀系数小，对急冷和急热有良好的抗应变性能。只要石墨与所生长的晶体材料之间不会发生扩散反应，石墨坩埚就可以作为晶体生长的良好载体。本发明的发明人以石墨为原材料，设计了一种适合生长金属双晶的坩埚，成功生长出了纯铜和纯铝金属双晶。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于生长金属双晶的坩埚，可以生长出金属双晶，可控地生长出不同结构类型的晶界，有利于开展金属中晶界微观结构及其性能等研究。

为实现以上本发明的目的，本发明采用如下的技术方案：

一种用于生长金属双晶的坩埚，坩埚主体包括用于生长晶体的直体部分、底壁和设置于所述底壁上的籽晶孔，所述籽晶孔为通孔，且其靠近所述底壁的端部的横截面积不小于所述籽晶孔远离所述底壁的端部的横截面积，其特征在于所述直体部分为两个紧密排列的直筒段，并形成8字型横截面的坩埚内壁，且对应地设有两个籽晶孔，所述两个直筒段与所述两个籽晶孔对应同轴分布。

在一个优选的实施方案中，所述用于生长金属双晶的坩埚还包括一端有底的套筒，所述套筒套紧于所述籽晶孔远离所述底壁的一端。

在一个更为优选的实施方案中，所述坩埚主体由完全对称的两部分紧扣拼接而成，并由所述套筒固定。

其中，所述套筒具有内螺纹，所述坩埚主体的底部具有与所述套筒的内螺纹相配合的外螺纹，所述套筒与所述坩埚主体螺纹连接。

其中，所述坩埚主体和/或所述套筒为石墨材质。

其中，所述直体部分的直筒段为圆柱形，所述籽晶孔的通孔为长方体。

其中，所述籽晶孔的横截面形状为方形。

其中，所述籽晶孔的横截面的最大直径范围为2mm～40mm。

其中，所述籽晶孔的深度范围为5mm～80mm。

其中，所述直筒段与所述籽晶孔通过锥形面连通。

根据本发明的用于生长金属双晶的坩埚，可控地生长出不同结构类型的晶界，已成功生长出了纯铜和纯铝金属双晶，从而更加有利于开展金属中晶界微观结构及其性能等研究。

附图说明

图1为现有技术坩埚的结构示意图。

图2为本发明的用于生长金属双晶的坩埚主体结构示意图。

图3为本发明的用于生长金属双晶的坩埚顶部横截面示意图。

图4为本发明的用于生长金属双晶的坩埚的俯视图。

图5为本发明的用于生长金属双晶的坩埚使用状态示意图。

其中1为坩埚主体、2直体部分、3底壁、4籽晶孔、5套筒。

具体实施方式