[发明专利]一种棒状彩色宝石生长用装置及方法

说明书

本发明提供了一种棒状彩色宝石生长装置，包括坩埚、环形模具、模具托盘；所述坩埚、环形模具、模具托盘在垂直方向为中心对称分布；模具托盘为中心开孔结构，中心孔处固定安装有环形模具；所述模具托盘的外沿等间距设置有四组通孔，每组通孔内均安装有一组螺杆，螺杆与炉顶或上部热场部件连接。还提供了一种采用上述装置的生长方法，通过模具托盘、环形模具的生长装置的设置，可以生长出直径大于40mm的棒形彩色宝石晶体。该方法规避了提拉法使用钨或钼坩埚时难以引晶的问题，也避免了导模法彩宝石存在色差的问题，获得的晶棒质量较高，色差小、颜色均匀。

技术领域

本发明属于晶体加工领域，特别涉及一种棒状彩色宝石生长用装置及方法。

背景技术

蓝宝石(Al₂O₃)又称白宝石，是世界上硬度仅次于金刚石的晶体材料，具有宽波段透过性、高强度、耐磨损、耐腐蚀、耐高温等优良光学、力学和热学性能，已被广泛应用于国防、科技和民用领域。人工合成的纯蓝宝石晶体在可见光波段范围无光吸收，因此晶体颜色无色、透明。

掺杂蓝宝石晶体，根据掺杂致色离子的不同会呈现出红色、蓝色、黄色、绿色等多种颜色，获得彩色宝石晶体，可应用于珠宝、探测器、激光器等领域。由于蓝宝石硬度高，难以加工，或是加工成本高昂，目前生长彩色宝石的方法有火焰法、提拉法和导模法。火焰法生长的彩色宝石尺寸较小，难以获得直径超过25mm的晶体，提拉法普遍采用铱金坩埚生长，需投入巨大资金，使用钨钼坩埚时熔液表面漂浮一层厚厚的钨衣或钼衣，使得无法引晶。导模法生长普遍存在颜色不均匀的问题，着色离子主要分布在晶体的表面，内部极少，色差极明显，导模法也难以生长直径大于40mm的棒形宝石晶体。

发明内容

为了解决现有技术中常规方法生长大直径的棒形宝石晶体困难，且质量不能保证的难题，本发明提供了一种棒状彩色宝石生长用装置，包括坩埚、环形模具、模具托盘；所述坩埚、环形模具、模具托盘在垂直方向为中心对称分布；模具托盘为中心开孔结构，中心孔处固定安装有环形模具；所述环形模具为环状结构，设置在坩埚内，所述模具托盘的外沿等间距设置有四组通孔，每组通孔内均安装有一组螺杆，螺杆与炉顶或上部热场部件连接。

作为改进，所述环形模具的外径为20-100mm，高度为40-100mm，厚度5-15mm；所述模具托盘为方形或圆形，圆形时外径为40-250mm，高度为8-15mm，设置中心孔直径为20-105mm，外直径小于坩埚的内径10-30mm，所述中心孔直径大于模具外径0.5-2mm，且所述螺杆为钼结构螺杆。

作为改进，所述环形模具在厚度中心等距离设置有5-10个直径0.2-3mm孔。

作为改进，所述模具沿高度方向距离模具上沿10-30mm处，在相同高度位置等间距开设有三组通孔，通孔处设置有紧固件，通过紧固件安装在模具托盘的中心孔处。

作为改进，在环形模具与模具托盘相接触的位置上方和下方等距离地设置有多组螺纹孔或通孔。

作为改进，所述的模具、模具盘、坩埚的材质为钼、钨、铱、或铼中任一种。

同时，还提供了一种采用上述棒状彩色宝石生长用装置的生长方法，包括以下步骤：

S01，组装模具：将环形模具及模具托盘用螺丝固定，模具托盘上方的炉顶部或者保温罩顶部的4根吊杆固定；

S02，装炉：选用大面M向或A向籽晶，籽晶的尺寸为直径30-130mm的圆形，或者边长30-130mm的方形籽晶，籽晶大面水平固定在籽晶夹头上，装入坩埚内5kg～7kg的宝石原料，采用焰熔法碎料，将坩埚下降到最低位置处，将模具托盘及环形模具通过四组螺杆连接到步骤S01中炉顶部或者保温罩顶部的吊杆上，固定到坩埚上方，使模具托盘与坩埚同心，环形模具顶部放小的料粒；

S03，抽真空及充氩气：关闭炉门，开启机械泵进行抽真空，真空度达到3Pa～10Pa时关闭真空设备，充氩气至标准大气压；