阅读说明：本技术 一种蓝宝石棒的熔接方法 (Welding method of sapphire rods ) 是由 黄贵军 张亚宁 郭飞 于 2020-11-17 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种蓝宝石棒的熔接方法,包括如下步骤：步骤1：将第一蓝宝石棒和第二蓝宝石棒的连接端部置于光学浮区炉中的熔融区内；步骤2：以1～30℃/min的升温速率对熔融区升温加热,最终将熔融区温度控制在2047～2050℃；步骤3：当第一蓝宝石棒和第二蓝宝石棒的连接端部充分熔融后,以0.1～1℃/min的降温速率对熔融区进行降温30～200min,完成熔接过程；步骤4：对熔融区进行降温冷却,直至温度低于50℃,并从光学浮区炉中取出熔接成一体的蓝宝石棒。本发明的优点在于,通过重复上述步骤进行蓝宝石棒的多次熔接,即可得到较长的蓝宝石棒,大大缩短了蓝宝石棒的生产时间,提高光学浮区炉的使用效率,进而降低了蓝宝石棒生产成本。(The invention discloses a welding method of sapphire rods, which comprises the following steps: step 1: placing the connecting end parts of the first sapphire bar and the second sapphire bar in a melting zone in an optical float zone furnace; step 2: heating the melting zone at a heating rate of 1-30 ℃/min, and finally controlling the temperature of the melting zone at 2047-2050 ℃; and step 3: after the connecting end parts of the first sapphire stick and the second sapphire stick are fully melted, cooling the melting area for 30-200 min at a cooling rate of 0.1-1 ℃/min to complete the welding process; and 4, step 4: and cooling the melting zone until the temperature is lower than 50 ℃, and taking out the sapphire rod which is welded into a whole from the optical floating zone furnace. The method has the advantages that the longer sapphire rod can be obtained by repeating the steps to weld the sapphire rod for multiple times, the production time of the sapphire rod is greatly shortened, the use efficiency of the optical float zone furnace is improved, and the production cost of the sapphire rod is further reduced.)

一种蓝宝石棒的熔接方法

技术领域

本发明涉及蓝宝石熔接技术领域，具体为一种蓝宝石棒的熔接方法。

背景技术

蓝宝石是一种化学成分为Al₂O₃的单晶体，其物理化学性能优异，耐高温、抗腐蚀、耐摩擦、硬度仅次于金刚石，高绝缘，机械强度高，光学性能好，用途广泛。目前提拉法生长蓝宝石单晶需要用到较长的提拉杆，长度通常会大于1米，提拉杆下端安装蓝宝石棒作为籽晶，籽晶与熔体接触生长单晶，通常用铱金杆或者陶瓷杆作为提拉杆，然而，铱金很贵，而陶瓷杆脆性大且高温强度较低，容易折断，如果用整根加长的蓝宝石棒作为籽晶同时又作为提拉杆，可以避免上述问题。另外，高温(1700℃以上)玻璃生产过程中，因玻璃成分复杂而且粘度很大，玻璃熔体成分难以混合均匀，气泡难以从玻璃熔体中逸出，需要增加搅拌装置使得熔体混合均匀且加速气泡的逸出最终获得澄清的玻璃熔液，由于很多高温玻璃都含有Al₂O₃成分，因此，蓝宝石材质的搅拌棒既不会对含Al₂O₃成分的玻璃熔体造成污染，又能耐受1700℃以上的高温，将是极为合适的选择，但这也需要较长的蓝宝石棒才好装夹。

但由于蓝宝石的熔点高达2047℃，生产制造技术难度较大，难以获得较长(一米以上)的蓝宝石棒。中国发明专利公开号为CN102560668A公开了一种具有锆英石结构钒酸盐复合激光晶体的制备方法，采用光学浮区法对多晶棒进行熔融得到大尺寸的单晶棒，在晶体生长过程中，其提拉速度为5-8mm/h，对于超过一米以上的晶体棒的生产至少需要125小时，很明显，如果采用该生产方法制造蓝宝石长棒将需要很长的时间，并且光学浮区法中的光学浮区炉设备成本较高，长期占用光学浮区炉使得其使用效率降低，生产成本大大提高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于如何缩短蓝宝石棒的生产时间以及降低生产升本。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种蓝宝石棒的熔接方法，包括如下步骤：

步骤1：将第一蓝宝石棒和第二蓝宝石棒的连接端部置于光学浮区炉中的熔融区内，且第一蓝宝石棒和第二蓝宝石棒的连接端部贴合，所述熔融区长度为1～5mm。

步骤2：以1～30℃/min的升温速率对熔融区升温加热，最终将熔融区温度控制在2047～2050℃。

步骤3：当第一蓝宝石棒和第二蓝宝石棒的连接端部充分熔融后，以0.1～1℃/min的降温速率对熔融区进行降温30～200min，使得第一蓝宝石棒和第二蓝宝石棒的端部熔融处缓慢凝固，完成熔接过程。

步骤4：以1～30℃/min的降温速率对熔融区进行降温冷却，直至温度低于50℃，并从光学浮区炉中取出熔接成一体的蓝宝石棒。

通过重复上述步骤进行蓝宝石棒的多次熔接，即可得到较长的蓝宝石棒，现有采用光学浮区法需要对整个蓝宝石棒进行熔融制造，采用本方法熔融的长度是熔接次数乘以熔融区长度，而熔融区长度只有1～5mm，很明显，采用本方法熔融的最终长度远小于采用光学浮区法熔融的长度，大大缩短了蓝宝石棒的生产时间，提高光学浮区炉的使用效率，进而降低了蓝宝石棒的生产成本。

优选地，所述光学浮区炉包括保温装置、辐照光源、反射镜和测温设备，所述保温装置内部呈中空状，所述保温装置上设置有透光窗口，所述透光窗口的外侧设置有所述辐照光源，所述辐照光源远离透光窗口的一端设置有反光镜，致使所述辐照光源照射的光源由透光窗口射入保温装置内部形成熔融区，所述第一蓝宝石棒和第二蓝宝石棒的连接端部分别从保温装置的顶部和底部伸入保温装置内部熔融区，所述保温装置外侧还设有能够测量熔融区温度的测温设备。

优选地，所述光学浮区炉还包括上转动杆和下转动杆，所述上转动杆和下转动杆分别设置在保温装置的上方和下方，所述上转动杆连接第一蓝宝石棒顶部，转动上转动杆致使所述第一蓝宝石棒跟随转动，所述下转动杆连接第二蓝宝石棒底部，转动下转动杆致使所述第二蓝宝石棒跟随转动。通过启动上转动杆和下转动杆转动，带动所述第一蓝宝石棒和第二蓝宝石棒同轴同向转动，从而保证第一蓝宝石棒和第二蓝宝石棒连接端在熔融区的均匀受热。

优选地，所述上转动杆和下转动杆的转动方向和速度均相同。

优选地，所述第一蓝宝石棒和第二蓝宝石棒同轴设置。

优选地，所述第一蓝宝石棒的直径为3～30mm，所述第二蓝宝石棒的直径为3～30mm。

优选地，所述第一蓝宝石棒的直径为3mm，所述第二蓝宝石棒的直径为3mm，所述熔融区长度为1mm，升温速率为30℃/min，熔融温度控制在2047℃，步骤3中降温速率为1℃/min，步骤4中降温速率为30℃/min。

优选地，所述第一蓝宝石棒的直径为12mm，所述第二蓝宝石棒的直径为12mm，所述熔融区长度为3mm，升温速率为15℃/min，熔融温度控制在2048℃，步骤3中降温速率为0.3℃/min，步骤4中降温速率为15℃/min。

优选地，所述第一蓝宝石棒的直径为30mm，所述第二蓝宝石棒的直径为30mm，所述熔融区长度为5mm，升温速率为1℃/min，熔融温度控制在2050℃，步骤3中降温速率为0.1℃/min，步骤4中降温速率为1℃/min。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、通过重复上述步骤进行蓝宝石棒的多次熔接，即可得到较长的蓝宝石棒，现有采用光学浮区法需要对整个蓝宝石棒进行熔融制造，采用本方法熔融的长度是熔接次数乘以熔融区长度，而熔融区的长度只有1～5mm，很明显，采用本方法熔融的最终长度远小于采用光学浮区法熔融的长度，大大缩短了蓝宝石棒的生产时间，提高光学浮区炉的使用效率，进而降低了蓝宝石棒的生产成本。

2、通过启动上转动杆和下转动杆转动，带动所述第一蓝宝石棒和第二蓝宝石棒同轴同向转动，从而保证第一蓝宝石棒和第二蓝宝石棒连接端在熔融区的均匀受热。

附图说明

图1为本发明实施例光学浮区炉的结构示意图。

具体实施方式

为便于本领域技术人员理解本发明技术方案，现结合说明书附图对本发明技术方案做进一步的说明。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

实施例一

参阅图1，本实施例公开了一种光学浮区炉1，包括保温装置11、辐照光源12、反射镜13、测温设备14、上转动杆15和下转动杆16，所述保温装置11内部呈中空状，所述保温装置11上设置有透光窗口111，所述透光窗口111的外侧设置有所述辐照光源12，所述辐照光源12远离透光窗口111的一端设置有反光镜13，致使所述辐照光源12照射的光源由透光窗口111射入保温装置11内部形成熔融区17，所述保温装置11外侧还设有能够测量熔融区17温度的测温设备14，所述保温装置11的上方和下方分别设置有能够转动的上转动杆15和下转动杆16，所述上转动杆15和下转动杆16的转动方向和速度均相同。

具体的，本实施例还公开了一种蓝宝石棒的熔接方法，包括如下步骤：

步骤1：将直径为3mm的第一蓝宝石棒2和直径为3mm的第二蓝宝石棒3的连接端部置于保温装置11内部的熔融区17，所述熔融区17的长度为1mm，直至第一蓝宝石棒2和第二蓝宝石棒3的连接端部贴合，且第一蓝宝石棒2和第二蓝宝石棒3同轴设置，并将上转动杆15和下转动杆16分别与所述第一蓝宝石棒2顶部和第二蓝宝石棒3底部连接。

步骤2：开启所述辐照光源12，辐照光源12照射的光源由透光窗口111射入熔融区17进行加热，并以30℃/min的升温速率对熔融区17升温加热，最终将熔融区17温度控制在2047℃；由于蓝宝石的熔点为2047℃，将熔融区17温度控制在2047℃来保证第一蓝宝石棒2和第二蓝宝石棒3的连接端部能够熔化，并且该温度的控制可以防止第一蓝宝石棒2和第二蓝宝石棒3其他位置熔融，减少第一蓝宝石棒2和第二蓝宝石棒3的熔融长度，进而缩短熔接时间，并且以30℃/min的升温速率对熔融区17升温加热，能够防止第一蓝宝石棒2和第二蓝宝石棒3因温度变化速度太快而出现炸裂现象的发生。

同时，在加热过程中，通过启动上转动杆15和下转动杆16转动，带动所述第一蓝宝石棒2和第二蓝宝石棒3同轴同向转动，从而保证第一蓝宝石棒2和第二蓝宝石棒3连接端在熔融区17的均匀受热。

另外，由于熔融区17长度为1mm，减小了第一蓝宝石棒2和第二蓝宝石棒3连接端部的熔融长度，这样不仅能完整保留第一蓝宝石棒2和第二蓝宝石棒3的物理化学性能，还可以通过表面张力将熔体限定在熔融区17，防止熔体流走，导致无法熔接的现象发生。

步骤3：当第一蓝宝石棒2和第二蓝宝石棒3的连接端部充分熔融后，以1℃/min的降温速率对熔融区进行降温30min，使得第一蓝宝石棒2和第二蓝宝石棒3的端部熔融处缓慢凝固，完成熔接过程；凝固过程越缓慢，熔接处应力越小，熔接后的强度越高。

步骤4：以30℃/min的降温速率对熔融区17进行降温冷却，直至温度低于50℃，最终关闭辐照光源12以及停止上转动杆15和下转动杆16的转动，并从保温装置11中取出熔接成一体的蓝宝石棒；同样的，以30℃/min的降温速率对熔融区17降温，能够防止第一蓝宝石棒2和第二蓝宝石棒3因温度变化速度太快而出现炸裂现象的发生。

通过重复上述步骤进行蓝宝石棒的多次熔接，即可得到较长的蓝宝石棒，现有采用光学浮区法需要对整个蓝宝石棒进行熔融制造，采用本方法熔融的长度是熔接次数乘以熔融区17长度，而熔融区17的长度只有1mm，很明显，采用本方法熔融的最终长度远小于采用光学浮区法熔融的长度，大大缩短了蓝宝石棒的生产时间，提高光学浮区炉1的使用效率，进而降低了蓝宝石棒的生产成本。

实施例二

本实施例还公开了一种蓝宝石棒的熔接方法，包括如下步骤：

步骤1：将直径为12mm的第一蓝宝石棒2和直径为12mm的第二蓝宝石棒3的连接端部置于保温装置11内部的熔融区17，所述熔融区17的长度为3mm，直至第一蓝宝石棒2和第二蓝宝石棒3的连接端部贴合，且第一蓝宝石棒2和第二蓝宝石棒3同轴设置，并将上转动杆15和下转动杆16分别与所述第一蓝宝石棒2顶部和第二蓝宝石棒3底部连接。

步骤2：开启所述辐照光源12，辐照光源12照射的光源由透光窗口111射入熔融区17进行加热，并以15℃/min的升温速率对熔融区17升温加热，最终将熔融区17温度控制在2048℃；将熔融区17温度控制在2048℃来保证第一蓝宝石棒2和第二蓝宝石棒3的连接端部能够熔化，并且以15℃/min的升温速率对熔融区17升温加热，能够防止第一蓝宝石棒2和第二蓝宝石棒3因温度变化速度太快而出现炸裂现象的发生。

同时，在加热过程中，通过启动上转动杆15和下转动杆16转动，带动所述第一蓝宝石棒2和第二蓝宝石棒3同轴同向转动，从而保证第一蓝宝石棒2和第二蓝宝石棒3连接端在熔融区17的均匀受热。

另外，由于熔融区17长度为3mm，减小了第一蓝宝石棒2和第二蓝宝石棒3连接端部的熔融长度，这样不仅能完整保留第一蓝宝石棒2和第二蓝宝石棒3的物理化学性能，还可以通过表面张力将熔体限定在熔融区17，防止熔体流走，导致无法熔接的现象发生。

步骤3：当第一蓝宝石棒2和第二蓝宝石棒3的连接端部充分熔融后，以0.3℃/min的降温速率对熔融区进行降温30min，使得第一蓝宝石棒2和第二蓝宝石棒3的端部熔融处缓慢凝固，完成熔接过程；凝固过程越缓慢，熔接处应力越小，熔接后的强度越高。

步骤4：以15℃/min的降温速率对熔融区17进行降温冷却，直至温度低于50℃，最终关闭辐照光源12以及停止上转动杆15和下转动杆16的转动，并从保温装置11中取出熔接成一体的蓝宝石棒；同样的，以15℃/min的降温速率对熔融区17降温，能够防止第一蓝宝石棒2和第二蓝宝石棒3因温度变化速度太快而出现炸裂现象的发生。

通过重复上述步骤进行蓝宝石棒的多次熔接，即可得到较长的蓝宝石棒，现有采用光学浮区法需要对整个蓝宝石棒进行熔融制造，采用本方法熔融的长度是熔接次数乘以熔融区17长度，而熔融区17的长度只有3mm，很明显，采用本方法熔融的最终长度远小于采用光学浮区法熔融的长度，大大缩短了蓝宝石棒的生产时间，提高光学浮区炉1的使用效率，进而降低了蓝宝石棒生产成本。

实施例三

本实施例还公开了一种蓝宝石棒的熔接方法，包括如下步骤：

步骤1：将直径为30mm的第一蓝宝石棒2和直径为30mm的第二蓝宝石棒3的连接端部置于保温装置11内部的熔融区17，所述熔融区17的长度为5mm，直至第一蓝宝石棒2和第二蓝宝石棒3的连接端部贴合，且第一蓝宝石棒2和第二蓝宝石棒3同轴设置，并将上转动杆15和下转动杆16分别与所述第一蓝宝石棒2顶部和第二蓝宝石棒3底部连接。

步骤2：开启所述辐照光源12，辐照光源12照射的光源由透光窗口111射入熔融区17进行加热，并以1℃/min的升温速率对熔融区17升温加热，最终将熔融区17温度控制在2050℃；将熔融区17温度控制在2050℃来保证第一蓝宝石棒2和第二蓝宝石棒3的连接端部能够熔化，并且以1℃/min的升温速率对熔融区17升温加热，能够防止第一蓝宝石棒2和第二蓝宝石棒3因温度变化速度太快而出现炸裂现象的发生。

同时，在加热过程中，通过启动上转动杆15和下转动杆16转动，带动所述第一蓝宝石棒2和第二蓝宝石棒3同轴同向转动，从而保证第一蓝宝石棒2和第二蓝宝石棒3连接端在熔融区17的均匀受热。

另外，由于熔融区17长度为5mm，减小了第一蓝宝石棒2顶部和第二蓝宝石棒3连接端部的熔融长度，这样不仅能完整保留第一蓝宝石棒2顶部和第二蓝宝石棒3的物理化学性能，还可以通过表面张力将熔体限定在熔融区17，防止熔体流走，导致无法熔接的现象发生。

步骤3：当第一蓝宝石棒2和第二蓝宝石棒3的连接端部充分熔融后，以0.1℃/min的降温速率对熔融区进行降温200min，使得第一蓝宝石棒2和第二蓝宝石棒3的端部熔融处缓慢凝固，完成熔接过程；凝固过程越缓慢，熔接处应力越小，熔接后的强度越高。

步骤4：以1℃/min的降温速率对熔融区17进行降温冷却，直至温度低于50℃，最终关闭辐照光源12以及停止上转动杆15和下转动杆16的转动，并从保温装置11中取出熔接成一体的蓝宝石棒；同样的，以1℃/min的降温速率对熔融区17降温，能够防止第一蓝宝石棒2和第二蓝宝石棒3因温度变化速度太快而出现炸裂现象的发生。

通过重复上述步骤进行蓝宝石棒的多次熔接，即可得到较长的蓝宝石棒，现有采用光学浮区法需要对整个蓝宝石棒进行熔融制造，采用本方法熔融的长度是熔接次数乘以熔融区17长度，而熔融区17的长度只有5mm，很明显，采用本方法熔融的最终长度远小于采用光学浮区法熔融的长度，大大缩短了蓝宝石棒的生产时间，提高光学浮区炉1的使用效率，进而降低了蓝宝石棒生产成本。

由于体积越大，温度变化越大越容易炸裂，故通过上述实施例中描述，可明确看到，所述第一蓝宝石棒2和第二蓝宝石棒3的直径越大，其升温速率以及降温速率越低，进而防止蓝宝石棒炸裂。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

以上所述实施例仅表示发明的实施方式，本发明的保护范围不仅局限于上述实施例，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明保护范围。