一种铱坩埚

文档序号:63188 发布日期:2021-10-01 浏览:48次 >En<

阅读说明:本技术 一种铱坩埚 (Iridium crucible ) 是由 孙岩 杨德江 于 2021-07-07 设计创作,主要内容包括:本发明属于坩埚加工技术领域,尤其是一种铱坩埚,包括铱坩埚本体,铱坩埚本体由铱板组成,铱板区分设置为埚底及埚壁;铱坩埚本体的埚壁设置有强化装置,强化装置对铱坩埚本体的埚壁进行改进,使其适用于高熔点晶体的生长,增加铱坩埚本体的使用寿命,强化装置包括有埚帮下端。该铱坩埚,通过设置强化装置,对铱坩埚本体的埚壁进行优化,从而在节约成本的前提下,铱坩埚装置的热应力不会因此而降低。在调节的过程中,通过采用等寿命原理,使用差异减薄的方式,对铱坩埚本体的埚帮上端进行积极减薄,但埚帮下端减薄较少,从而形成梯度,再对其进行焊接,从而实现了对铱坩埚在壁厚减薄过程中进行厚度优化,同时解决了生产成本。(The invention belongs to the technical field of crucible processing, and particularly relates to an iridium crucible which comprises an iridium crucible body, wherein the iridium crucible body is composed of an iridium plate, and the iridium plate is divided into a crucible bottom and a crucible wall; the crucible wall of iridium crucible body is provided with strengthens the device, strengthens the device and improves the crucible wall of iridium crucible body, makes its growth that is applicable to the high melting point crystal, increases the life of iridium crucible body, strengthens the device including the crucible group lower extreme. This iridium crucible through setting up the device of reinforceing, optimizes the crucible wall of iridium crucible body to under the prerequisite of practicing thrift the cost, iridium crucible device&#39;s thermal stress can not consequently and reduce. At the in-process of adjusting, through adopting the life-span principle such as, use the mode of difference attenuate, actively attenuate the crucible group upper end of iridium crucible body, but the thinning of crucible group lower extreme is less to form the gradient, weld it again, thereby realized carrying out thickness optimization to iridium crucible at the wall thickness attenuate in-process, solved manufacturing cost simultaneously.)

一种铱坩埚

技术领域

本发明涉及坩埚加工

技术领域

,尤其涉及一种铱坩埚。

背景技术

铱坩埚使用贵金属铱作为原料,由于铱价值昂贵,近年来铱坩埚的壁厚持续减薄,经过多年持续减薄,铱坩埚的壁厚只有初始设计值的~60%,而坩埚的热负荷不变。

由于温度控制的需要,坩埚埚壁的下端是温度最高区域,比埚壁上端的温度约高100~150摄氏度。当生长熔点较高的人工晶体时,如LYSO的熔点为2150摄氏度,坩埚埚帮底部的温度十分接近铱的熔点,如图3所示。

铱坩埚置于中频感应器中,因感应涡流而发热。受集肤效应的影响,电流集中在坩埚的外侧,热量传导和均匀化需要有一定的壁厚。壁厚太薄时,对热量的均匀化功能就会减弱,接近极限时,该区域就容易出现早期损坏,造成坩埚使用寿命降低。

另一方面,由于在晶体制备过程中,当一个晶体提拉周期完成时,往往需要经过降温、加料、再升温过程,在这个过程中,坩埚底部往往一直残余有晶体原料,这些晶体原料在固态和液态时具有不同的密度,从而使坩埚经历一次变形,当坩埚使用周期越长时,这种效果更佳明显,如图4所示,这种不断的变形,极易使坩埚从底部开裂,造成漏料事故。再一方面,由于在晶体生长过程中,往往需要旋转晶体,导致坩埚中的熔融原料随着发生旋转运动,当温度较低或者长时间使用时,坩埚底部会发生拧底现象,造成坩埚使用寿命降低。

发明内容

基于现有的铱坩埚使用寿命低的技术问题,本发明提出了一种铱坩埚。

本发明提出的一种铱坩埚,包括铱坩埚本体,所述铱坩埚本体由埚底及埚壁组成;

所述铱坩埚本体所用铱原料符合GB/T 1422中铱粉纯度不低于SM-Ir99.95牌号的要求。

优选地,所述埚底及所述埚壁作为主要的构成结构具有一定的厚度,具体可根据提拉晶体的尺寸来设定,本文以所述铱坩埚本体直径为134mm,高度为130mm,所述埚底厚度为2.5±0.1mm为例;

优选地,所述埚底与所述埚壁采用弧焊方式进行焊接;

优选地,所述埚壁包含埚帮下端及埚帮上端,即所述埚帮下端与所述埚底焊接,所述埚帮上端与所述埚帮下端采用差异减薄的方式进行设计,即所述埚帮下端厚度介于所述埚底及所述埚帮上端的厚度之间,本文所述埚帮上端的厚度值为1.8mm,即所述埚帮下端的厚度值介于1.8mm-2.5mm,所述埚帮上端与所述埚帮下端焊接;

通过上述技术方案,由于温度控制的需要,铱坩埚本体埚壁的埚帮下端是温度最高区域,比埚帮上端的温度约高100~150度,所以对埚帮上端与埚帮下端采用等寿命理念,即对埚帮上端进行积极减薄,但埚帮的下部减薄较少,从而形成梯度,但埚帮下端的厚度取值于埚底与埚帮上端之间,所以三者之间的厚度接近,可进行匹配进行焊接,梯度式的焊接方式可增强铱坩埚本体内壁的热应力,消除铱坩埚本体的局部熔穿,且因为铱价值昂贵,梯度式的埚壁焊接方式可大大降低生产成本,节约资源。

优选地,所述埚壁上端、所述埚壁下端及所述埚底厚度对称均匀;

优选地,所述埚壁上端、所述埚壁下端及所述埚底内表面平整光滑;

优选地,所述铱坩埚本体生长晶体包括提拉法装置,所述提拉法装置设置有所述铱坩埚本体、提拉杆、籽晶及加热系统;

本发明中的有益效果为:

通过设置强化装置,对铱坩埚本体的埚壁进行优化,从而在节约成本的前提下,铱坩埚装置的热应力不会因此而降低。在调节的过程中,通过采用等寿命原理,使用差异减薄的方式,对铱坩埚本体的埚帮上端进行积极减薄,而对埚帮下端进行加厚处理,从而形成梯度,再对其与埚底进行焊接,从而实现了对铱坩埚在壁厚减薄过程中进行厚度优化,从而提高了坩埚的使用寿命。

附图说明

图1是现有采用铱坩埚进行晶体生长的示意图;

图2为本发明提出的一种异形铱坩埚的示意图;

图3为本发明提出的一种异形铱坩埚的提拉法装置结构正视图。

图4为本发明提出的一种异性铱坩埚埚底结构示意图。

图5为本申请铱坩埚使用6个周期后埚壁图片;

图6为常规铱坩埚使用6个周期后埚壁图片;

图7为本申请加厚托铱坩埚使用6个周期后底部照片;

图8为常规铱坩埚使用6个周期后底部俯视照片;

图9为常规铱坩埚使用6个周期后底部仰视照片。

图中:1、铱坩埚本体;2、埚底;3、埚壁;4、强化装置;41、埚帮下端;42、埚帮上端;5、提拉法装置;51、提拉杆;52、籽晶;53、加热系统。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。

参照图1-9,一种铱坩埚,包括铱坩埚本体1,铱坩埚本体1由铱板组成,铱板区分设置为埚底2及埚壁3;

铱板所用铱原料符合GB/T 1422中铱粉纯度不低于SM-Ir99.95牌号的要求,铱坩埚本体1的埚壁3设置有强化装置4,强化装置4对铱坩埚本体1的埚壁3进行改进,使其适用于高熔点晶体的生长,增加铱坩埚本体1的使用寿命,强化装置4包括有埚帮下端41;

埚底2及埚壁3作为主要的构成结构具有一定的厚度,具体可根据晶体的大小来设定,本文以铱坩埚本体1直径为134mm,高度为130mm,埚底2厚度为2.5±0.1mm为例,埚底2与埚壁3采用焊接,具体为轧制焊接,轧制焊接具有表面平整光滑,内部结构致密,且壁厚均匀,适于晶体生长所需的对称温度场,可加工大尺寸、异型、薄壁铱坩埚等特点;

埚壁3包含埚帮下端41及埚帮上端42,即埚帮下端41与埚底2焊接,埚帮上端42与埚帮下端41采用差异减薄的方式进行设计,即埚帮下端41厚度介于埚底2及埚帮上端42的厚度之间,本文埚帮上端42的厚度值为1.8mm,即埚帮下端41的厚度值介于1.8mm-2.5mm,埚帮上端42与埚帮下端41焊接,由于温度控制的需要,铱坩埚本体1埚壁3的埚帮下端41是温度最高区域,比埚帮上端42的温度约高100~150度,所以对埚帮上端42与埚帮下端41采用等寿命理念,即对埚帮上端42进行积极减薄,但埚帮的下部减薄较少,从而形成梯度,但埚帮下端41的厚度取值于埚底2与埚帮上端42之间,所以三者之间的厚度接近,可进行匹配进行焊接,梯度式的焊接方式可增强铱坩埚本体1内壁的热应力,消除铱坩埚本体1的局部熔穿,且因为铱价值昂贵,梯度式的埚壁3焊接方式可大大降低生产成本,节约资源;

埚帮上端42、埚帮下端41及埚底2厚度厚度对称均匀,埚帮上端42、埚帮下端41及埚底2厚度厚度内表面平整光滑;

参照图4,本发明还提出了一种异性铱坩埚,包括铱坩埚本体1,铱坩埚本体1由铱板组成,铱板区分设置为埚底2及埚壁3,该埚底2包括加厚托4。

加厚托4可厚度可以与埚底板材厚度相同,也可以不同,例如,当埚底厚度为2mm时,加厚托可以使3mm,也可以是1mm,这样通过在埚底中心区域焊接加厚托后,埚底中心区域的厚度可以为5mm或者3mm。

埚底加厚托的直径可以为埚底直径的2/3~1/5之间,具体可以根据晶体生长过程中对埚底的作用力计算确定。

下面结合具体实施例说明制备本申请实施例所述的坩埚本体的方法。应理解,该具体方法仅仅是为了说明本申请制备坩埚的方法,而不应对本申请的核心技术构成任何限定。

制备本实施例坩埚本体的方法,具体如下:

第一步:将待轧铱板加热至1200℃~1600℃,并保温2~60min;

由于铱金属在低温下具有脆性,难以通过变形进行加工,发明人发现铱金属在1200℃~1600℃时具有较好的热变形能力,因此在对待轧铱板进行变形处理时,先将温度加热该温度区间并保温一定时间,以方便铱板具有较好的变形能力。

第二步:将所述待轧铱板表面涂覆一层耐高温砂,所述耐高温砂的粒度为100~300目;

发明人发现坩埚表明具有凹凸不平的结构时,可以显著提高铱坩埚的使用寿命,具体原理描述详见申请人先前公开的专利内容,专利申请号为201810201103.2,在此不详细描述。

第三步:将所述待轧铱板送入轧机进行轧制,获得中间铱板,所述中间铱板的厚度为目标厚度的150%~300%,所述目标厚度为最终铱板的最薄厚度。

对待轧铱板进行轧制,往往在轧制开始时,采取大变形量进行变形,每一道次变形量较大,容易对铱板的显微组织起到更好的细化作用,使铱板晶粒细小,但较大的变形量在后续难以对最终铱板尺寸进行精准控制,因此当铱板轧制至目标厚度的150%~300%时,应当切换变形量,采取小变形量多道次进行缓慢变形,以便轧制出目标厚度的铱板。

第四步:调整轧机轧辊厚度,使两侧厚度差为5~10%;

在该步骤中,通过使轧辊两侧厚度不同,从而使每一道次轧制的铱板沿着轧辊轴向方向产生厚度差。

第五步:将所述中间铱板送入轧机继续轧制,直至获得最终厚的铱板;

第六步:将最终厚度的铱板进行卷板,获得坩埚埚壁;

第七步:将所述坩埚埚壁较厚的一侧和埚底通过弧焊方式进行焊接,获得最终坩埚本体。

应理解,本发明的异性铱坩埚还可以对埚底进行加厚处理。由此对应的制备方法还可以包括:

切割异性埚壁对应的均匀厚度的埚底铱圆片。

在铱坩埚加工过程中,往往将埚壁和埚底通过焊接方式连接在一起,由此构成铱坩埚本体,在本发明实施例中,铱坩埚埚底板材可以为根据需求厚度预先轧制好的板材。埚底铱圆片可以通过线切割方式切割获得,也可以通过激光切割的方式获得,对此本申请不做限定。

切割上述埚底对应的加厚托。

在本申请中,埚底加厚托的厚度可以与埚底板材厚度相同,也可以不同,例如,当埚底厚度为2mm时,加厚托可以使3mm,也可以是1mm,这样通过在埚底中心区域焊接加厚托后,埚底中心区域的厚度可以为5mm或者3mm。

将加厚托通过焊接方式焊接在埚底的中心区域。

在本申请中,埚底加厚托的直径可以为埚底直径的2/3~1/5之间,具体可以根据晶体生长过程中对埚底的作用力计算确定。

将带有加厚托的埚底与上述异性埚帮焊接在一起,得到坩埚本体。

这里应理解,加厚托埚底与异性铱坩埚埚帮焊接时,加厚托可以朝向坩埚内部,也可以朝向坩埚外部,具体根据晶体生长需求确定,对此,本申请不进行限定。

还应理解,本申请提出的异性铱坩埚,具有加厚托的埚底还可以与厚度均匀的埚帮焊接在一起,构成仅仅具有加厚托埚底的铱坩埚。

铱坩埚本体1生长晶体包括提拉法装置5,提拉法装置5设置有铱坩埚本体1、提拉杆51、籽晶52及加热系统53;

通过设置强化装置4,对铱坩埚本体1的埚壁3进行优化,从而在节约成本的前提下,铱坩埚装置的热应力不会因此而降低。在调节的过程中,通过采用等寿命原理,使用差异减薄的方式,对铱坩埚本体1的埚帮上端42进行积极减薄,但埚帮下端41减薄较少,从而形成梯度,再对其进行焊接,从而实现了对铱坩埚在壁厚减薄过程中进行厚度优化,同时解决了生产成本。

工作原理:本发明利用提拉法对原料晶体进行生长,即首先将待生长的晶体的原料放在耐高温的坩埚本体1中加热熔化,调整炉内温度场,使熔体上部处于过冷状态,然后在提拉杆51上安放一粒籽晶52,让籽晶52接触熔体表面,待籽晶52表面稍熔后,提拉并转动提拉杆51,使熔体处于过冷状态而结晶于籽晶52上,在不断提拉和旋转过程中,生长出圆柱状晶体;

当生长熔点较高的人工晶体时,如LYSO的熔点为2150度,铱坩埚本体1的埚帮底部的温度十分接近铱的熔点,壁厚太薄时,对热量的均匀化功能就会减弱,接近极限时,对于LYSO这种接近铱熔点的晶体来说,就可能直接表现为局部熔穿,所以利用对形成梯度厚度的埚帮上端42与埚帮下端41进行焊接的埚壁3具有很好的热应力。

下面详细描述本申请实施例铱板在实际使用中的效果。附图4是申请方法制备的铱板加工而成的铱坩埚使用6个周期后的照片,附图5是常规方法加工的两个铱坩埚在5个周期后的照片。该三个铱坩埚均在相同的人工晶体生长炉中进行YAG(钇铝石榴石)晶体的制备,制备温度约为1960℃,制备一根晶体周期约为28天。常规方法制备的两个铱坩埚在使用5个周期后均发生泄漏,停机检查后发现坩埚破裂。而采用本申请方法制备的铱坩埚在使用6个周期后还未发生破裂。通过实际使用证明,本申请方法制备的铱坩埚在埚帮底部抗变形能力较强,坩埚使用寿命明显改善。

附图6是本申请实施例方法制备的铱坩埚在使用6个周期后的底部照片。图7和图8是常规铱坩埚使用6个周期后底部内外面照片。通过照片可以明显看出,具有加厚托的坩埚底部拧底效应显著降低,防止了坩埚在长时间使用过程中发生变形损坏。

以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围之内。

16页详细技术资料下载
上一篇:一种医用注射器针头装配设备
下一篇:晶体生长过程中提升速度的控制方法、装置和可读介质

网友询问留言

已有0条留言

还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!

精彩留言,会给你点赞!