專利名稱：一種用γ-Al₂O₃制備α-Al₂O₃單晶體的制備方法及其設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及a -Al2O3單晶體的制備，尤其涉及一種用Y -Al2O3制備a -Al2O3單晶體的制備方法及其設(shè)備。
背景技術(shù)：
藍(lán)寶石廣泛應(yīng)用于高亮度LED的襯底材料、精密儀器軸承、大規(guī)模集成電路SOI和SOS的襯底材料、特種光學(xué)元器件、高能探測(cè)和高功率強(qiáng)激光的窗口材料、高壓材料。目前可生長(zhǎng)藍(lán)寶石晶體的生長(zhǎng)方法主要有熱交換法、泡生法、電阻加熱溫梯法、坩堝下降法。但熱交換法采用氦氣作冷卻氣體，代價(jià)昂貴，并且不能直接生長(zhǎng)C軸方向的晶體；泡生法工藝重復(fù)性差、能耗高；電阻加熱溫梯法工藝重復(fù)性差、成品率低。感應(yīng)加熱銥 坩堝提拉法，投入大、成本高。傳統(tǒng)的坩堝下降法，溫度梯度調(diào)整范圍有限，很難提供生長(zhǎng)大尺寸藍(lán)寶石晶體所需的溫度梯度，同時(shí)導(dǎo)致晶體排雜質(zhì)和氣泡的能力低，晶體內(nèi)部缺陷較多，晶體成品率僅50%左右。另外目前用于生長(zhǎng)藍(lán)寶石的設(shè)備主要是燒結(jié)爐，然而現(xiàn)有技術(shù)中的燒結(jié)爐，不能有效控制制作藍(lán)寶石的原料Y-Al2O3與氧氣以及氫氣之間的濃度，也即是很難控制氧氣、氫氣與Y -Al2O3粉末之間的質(zhì)量比，而由于氧氣和氫氣是氣體，只需要在他們的輸送管路上裝上流量控制閥，就能很好的控制氫氣和氧氣的燃燒比，這就表明需要控制Y-Al2O3、氧氣、氫氣之間的質(zhì)量比的關(guān)鍵是要控制好Y -Al2O3粉末的質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種制造成本低、工藝控制簡(jiǎn)單、成品率高、晶體質(zhì)量好的用Y -Al2O3制備a -Al2O3單晶體的制備方法。本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供一種能夠有效調(diào)節(jié)Y -Al2O3輸送速度，進(jìn)而控制
Y-Al2O3粉末、氧氣極易氫氣之間的質(zhì)量比，生成的a -Al2O3晶體質(zhì)量好、成品率高的用
Y-Al2O3制作a -Al2O3單晶體的燒結(jié)爐。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為一種用Y-Al2O3制備C1-Al2O3單晶體的制備方法包括以下步驟I)將純度彡99. 99%的Y -Al2O3裝入原料桶內(nèi)；2)給與原料桶相連接的氧氣輸送管通入氧氣，氧氣將Y -Al2O3帶入燒結(jié)爐的噴嘴內(nèi)，同時(shí)給燒結(jié)爐的噴嘴通入氫氣；3)點(diǎn)燃從燒結(jié)爐的噴嘴噴出的氫氣、氧氣和Y -Al2O3的混合物，使該混合物在燒結(jié)爐的爐芯內(nèi)燃燒，Y-Al2O3熔化；4)用設(shè)有a -Al2O3晶種的結(jié)晶柱，使熔化狀態(tài)的Y -Al2O3在該結(jié)晶柱上結(jié)晶轉(zhuǎn)化成a -Al2O3，該結(jié)晶溫度彡2050°C，即制得a -Al2O3單晶體。所述步驟3)中的混合物燃燒的溫度彡20500C。一種用Y -Al2O3制備a -Al2O3單晶體的燒結(jié)爐包括機(jī)架，該機(jī)架上由上至下依序設(shè)有以下裝置原料輸送裝置，所屬原料輸送裝置包括盛裝Y-Al2O3的原料桶，以及與盛裝
Y-Al2O3的原料桶分別連接的氧氣輸送管和氫氣輸送管；噴嘴，所述噴嘴包括氧氣噴頭和套設(shè)在氧氣噴頭上的氫氣噴頭，氧氣噴頭的進(jìn)口與Y-Al2O3的原料桶和氧氣輸送管連接,氫氣噴頭的進(jìn)口與氫氣輸送管連接；燒結(jié)爐的爐芯；以及a -Al2O3結(jié)晶柱的升降托盤(pán)；所述噴嘴延伸入燒結(jié)爐的爐芯的空腔內(nèi)，C1-Al2O3結(jié)晶柱的升降托盤(pán)可升降 C1-Al2O3結(jié)晶柱，使C1-Al2O3結(jié)晶柱進(jìn)出燒結(jié)爐的爐芯的空腔，所述盛裝Y-Al2O3的原料桶底部設(shè)有濾網(wǎng)，且該原料桶設(shè)有使濾網(wǎng)產(chǎn)生不同的振動(dòng)以調(diào)節(jié)Y-Al2O3輸送速度的裝置。所述使濾網(wǎng)產(chǎn)生振動(dòng)的裝置為設(shè)置在機(jī)架上的擊打所述Y-Al2O3原料桶的杠桿結(jié)構(gòu)，杠桿結(jié)構(gòu)的擊打端位于原料桶的頂部，杠桿結(jié)構(gòu)的另一端與一設(shè)置在機(jī)架上的凸輪軸的凸輪配合，杠桿結(jié)構(gòu)的另一端與該凸輪軸的凸輪基圓配合時(shí)，杠桿結(jié)構(gòu)的擊打端擊打所述原料桶，杠桿結(jié)構(gòu)的另一端與該凸輪軸的凸輪其他部分配合時(shí)，杠桿結(jié)構(gòu)的擊打端遠(yuǎn)離所述原料桶，且該凸輪軸由可改變凸輪軸的轉(zhuǎn)速的變頻電機(jī)帶動(dòng)。所述杠桿結(jié)構(gòu)設(shè)有用于調(diào)節(jié)杠桿結(jié)構(gòu)的支點(diǎn)的高低的升降桿。所述升降桿可以調(diào)節(jié)杠桿結(jié)構(gòu)的支點(diǎn)的高低，進(jìn)而調(diào)節(jié)杠桿結(jié)構(gòu)擊打Y -A12 O 3的原料桶的力度,實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)濾網(wǎng)的振動(dòng)幅度。所述燒結(jié)爐的機(jī)架上滑動(dòng)設(shè)有隔離燒結(jié)爐的爐芯與操作員的隔熱防護(hù)板。所述燒結(jié)爐的爐芯上設(shè)有觀察孔。本發(fā)明采用以上的技術(shù)方案，利用在燒結(jié)爐的機(jī)架上設(shè)置的杠桿結(jié)構(gòu)和在
Y-Al2O3的原料桶底部設(shè)置濾網(wǎng)，杠桿結(jié)構(gòu)的擊打端擊打燒結(jié)爐Y-Al2O3的原料桶，從而造成濾網(wǎng)振動(dòng)，使濾網(wǎng)內(nèi)的Y-Al2O3粉末進(jìn)入氧氣輸送管道與氧氣混合，由于在杠桿的另一端的凸輪軸是由變頻電機(jī)帶動(dòng)的，調(diào)節(jié)變頻電機(jī)的轉(zhuǎn)速就可以調(diào)節(jié)凸輪軸的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而調(diào)節(jié)凸輪軸帶動(dòng)杠桿擊打Y-Al2O3的原料桶的頻率，使原料桶的濾網(wǎng)產(chǎn)生不同的振動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)有效控制Y-Al2O3的粉末參與氧氣和氫氣燃燒時(shí)的流入量,控制好了 Y-Al2O3的粉末參與氧氣和氫氣燃燒時(shí)的流入量，也就實(shí)現(xiàn)了 Y -Al2O3燃燒時(shí)與氧氣和氫氣的濃度是可以調(diào)整和控制的，本發(fā)明的方法和燒結(jié)爐制作出來(lái)的a -Al2O3單晶體成色好、晶體尺寸的大小可控制調(diào)節(jié)。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明圖1為本發(fā)明燒結(jié)爐的立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明燒結(jié)爐的原料輸送裝置和噴嘴結(jié)構(gòu)的剖視連接示意圖。
具體實(shí)施例方式如圖1-2之一所示，一種用Y-Al2O3制備α-Α1203單晶體的制備方法包括以下步驟I)將純度彡99. 99%的Y -Al2O3裝入原料桶21內(nèi);
2)給與原料桶21相連接的氧氣輸送管22通入氧氣，氧氣將Y -Al2O3帶入燒結(jié)爐的噴嘴3內(nèi)，同時(shí)給燒結(jié)爐的噴嘴3通入氫氣；3)點(diǎn)燃從燒結(jié)爐的噴嘴3噴出的氫氣、氧氣和Y -Al2O3的混合物，使該混合物在燒結(jié)爐的爐芯4內(nèi)燃燒，Y -Al2O3熔化；4)用設(shè)有a -Al2O3晶種的結(jié)晶柱5，使熔化狀態(tài)的Y -Al2O3在該結(jié)晶柱5上結(jié)晶轉(zhuǎn)化成a -Al2O3，該結(jié)晶溫度彡2050°C，即制得a -Al2O3單晶體。所述步驟3)中的混合物燃燒的溫度彡20500C。一種用Y -Al2O3制備a -Al2O3單晶體的燒結(jié)爐包括機(jī)架1，該機(jī)架I上由上至下依序設(shè)有以下裝置原料輸送裝置2，所屬原料輸送裝置2包括盛裝Y -Al2O3的原料桶21，以及與盛裝
Y-Al2O3的原料桶21分別連接的氧氣輸送管22和氫氣輸送管23 ；噴嘴3，所述噴嘴3包括氧氣噴頭31和套設(shè)在氧氣噴頭31上的氫氣噴頭32，氧氣噴頭31的進(jìn)口 33與Y-Al2O3的原料桶21和氧氣輸送管22連接，氫氣噴頭32的進(jìn)口 34與氫氣輸送管23連接；燒結(jié)爐的爐芯4;以及a -Al2O3結(jié)晶柱5的升降托盤(pán)6 ；所述噴嘴3延伸入燒結(jié)爐的爐芯4的空腔內(nèi)，a-Al2O3結(jié)晶柱5的升降托盤(pán)6可升降a -Al2O3結(jié)晶柱5，使a -Al2O3結(jié)晶柱5進(jìn)出燒結(jié)爐的爐芯4的空腔，所述盛裝Y-Al2O3的原料桶21底部設(shè)有濾網(wǎng)7，且該原料桶21設(shè)有使濾網(wǎng)7產(chǎn)生不同的振動(dòng)以調(diào)節(jié)Y -Al2O3輸送速度的裝置8。所述使濾網(wǎng)7產(chǎn)生振動(dòng)的裝置8為設(shè)置在機(jī)架I上的擊打所述Y -Al2O3原料桶21的杠桿結(jié)構(gòu)，杠桿結(jié)構(gòu)8的擊打端81位于原料桶21的頂部,杠桿結(jié)構(gòu)8的另一端82與一設(shè)置在機(jī)架I上的凸輪軸9的凸輪91配合，杠桿結(jié)構(gòu)8的另一端82與該凸輪軸9的凸輪91基圓配合時(shí)，杠桿結(jié)構(gòu)8的擊打端81擊打所述原料桶21，杠桿結(jié)構(gòu)8的另一端82與該凸輪軸9的凸輪91其他部分配合時(shí)，杠桿結(jié)構(gòu)8的擊打端81遠(yuǎn)離所述原料桶21，且該凸輪軸9由可改變凸輪軸9的轉(zhuǎn)速的變頻電機(jī)(圖中未畫(huà)出)帶動(dòng)。所述杠桿結(jié)構(gòu)8設(shè)有用于調(diào)節(jié)杠桿結(jié)構(gòu)8的支點(diǎn)83的高低的升降桿84。所述升降桿84可以調(diào)節(jié)杠桿結(jié)構(gòu)8的支點(diǎn)83的高低，進(jìn)而調(diào)節(jié)杠桿結(jié)構(gòu)8擊打Y -Al2O3的原料桶21的力度，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)濾網(wǎng)7的振動(dòng)幅度。所述燒結(jié)爐的機(jī)架I上滑動(dòng)設(shè)有隔離燒結(jié)爐的爐芯4與操作員的隔熱防護(hù)板10。所述燒結(jié)爐的爐芯4上設(shè)有觀察孔41。
權(quán)利要求
1.一種用Y-Al2O3制備C1-Al2O3單晶體的制備方法，其特征在于其包括以下步驟 1)將純度彡99.99%的Y -Al2O3裝入原料桶內(nèi)； 2)給與原料桶相連接的氧氣輸送管通入氧氣，氧氣將Y-Al2O3帶入燒結(jié)爐的噴嘴內(nèi)，同時(shí)給燒結(jié)爐的噴嘴通入氫氣； 3)點(diǎn)燃從燒結(jié)爐的噴嘴噴出的氫氣、氧氣和Y-Al2O3的混合物，使該混合物在燒結(jié)爐的爐芯內(nèi)燃燒，Y -Al2O3熔化； 4)用設(shè)有C1-Al2O3晶種的結(jié)晶柱，使熔化狀態(tài)的Y-Al2O3在該結(jié)晶柱上結(jié)晶轉(zhuǎn)化成a -Al2O3，該結(jié)晶溫度彡2050°C，即制得a -Al2O3單晶體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用Y-Al2O3制備C1-Al2O3單晶體的制備方法，其特征在于所述步驟3)中的混合物燃燒的溫度彡2050°C。
3.一種用于實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1或2所述的用Y -Al2O3制備a -Al2O3單晶體的制備方法的燒結(jié)爐，包括機(jī)架，該機(jī)架上由上至下依序設(shè)有以下裝置 原料輸送裝置，所屬原料輸送裝置包括盛裝Y-Al2O3的原料桶，以及與盛裝Y-Al2O3的原料桶分別連接的氧氣輸送管和氫氣輸送管； 噴嘴，所述噴嘴包括氧氣噴頭和套設(shè)在氧氣噴頭上的氫氣噴頭，氧氣噴頭的進(jìn)口與Y -Al2O3的原料桶和氧氣輸送管連接，氫氣噴頭的進(jìn)口與氫氣輸送管連接； 燒結(jié)爐的爐芯； 以及a -Al2O3結(jié)晶柱的升降托盤(pán)； 所述噴嘴延伸入燒結(jié)爐的爐芯的空腔內(nèi)，Q-Al2O3結(jié)晶柱的升降托盤(pán)可升降C1-Al2O3結(jié)晶柱，使α-Α1203結(jié)晶柱進(jìn)出燒結(jié)爐的爐芯的空腔，其特征在于所述盛裝Y-Al2O3的原料桶底部設(shè)有濾網(wǎng)，且該原料桶設(shè)有使濾網(wǎng)產(chǎn)生不同的振動(dòng)以調(diào)節(jié)Y-Al2O3輸送速度的裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的燒結(jié)爐，其特征在于所述使濾網(wǎng)產(chǎn)生振動(dòng)的裝置為設(shè)置在機(jī)架上的擊打所述Y -Al2O3原料桶的杠桿結(jié)構(gòu),杠桿結(jié)構(gòu)的擊打端位于原料桶的頂部,杠桿結(jié)構(gòu)的另一端與一設(shè)置在機(jī)架上的凸輪軸的凸輪配合，杠桿結(jié)構(gòu)的另一端與該凸輪軸的凸輪基圓配合時(shí)，杠桿結(jié)構(gòu)的擊打端擊打所述原料桶，杠桿結(jié)構(gòu)的另一端與該凸輪軸的凸輪其他部分配合時(shí)，杠桿結(jié)構(gòu)的擊打端遠(yuǎn)離所述原料桶，且該凸輪軸由可改變凸輪軸的轉(zhuǎn)速的變頻電機(jī)帶動(dòng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的燒結(jié)爐，其特征在于所述杠桿結(jié)構(gòu)設(shè)有用于調(diào)節(jié)杠桿結(jié)構(gòu)的支點(diǎn)的聞低的升降桿。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的燒結(jié)爐，其特征在于所述燒結(jié)爐的機(jī)架上滑動(dòng)設(shè)有隔離燒結(jié)爐的爐芯與操作員的隔熱防護(hù)板。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的燒結(jié)爐，其特征在于所述燒結(jié)爐的爐芯上設(shè)有觀察孔。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種用γ-Al2O3制備α-Al2O3單晶體的方法及其設(shè)備，該設(shè)備包括機(jī)架，該機(jī)架上由上至下依序設(shè)有以下裝置原料輸送裝置，所屬原料輸送裝置包括盛裝γ-Al2O3的原料桶，以及與盛裝γ-Al2O3的原料桶分別連接的氧氣輸送管和氫氣輸送管；噴嘴，所述噴嘴包括氧氣噴頭和套設(shè)在氧氣噴頭上的氫氣噴頭，氧氣噴頭的進(jìn)口與γ-Al2O3的原料桶和氧氣輸送管連接，氫氣噴頭的進(jìn)口與氫氣輸送管連接；燒結(jié)爐的爐芯；以及α-Al2O3結(jié)晶柱的升降托盤(pán)；所述噴嘴延伸入燒結(jié)爐的爐芯的空腔內(nèi)，α-Al2O3結(jié)晶柱的升降托盤(pán)可升降α-Al2O3結(jié)晶柱，使α-Al2O3結(jié)晶柱進(jìn)出燒結(jié)爐的爐芯的空腔，所述盛裝γ-Al2O3的原料桶底部設(shè)有濾網(wǎng)，且該原料桶設(shè)有使濾網(wǎng)產(chǎn)生不同的振動(dòng)以調(diào)節(jié)γ-Al2O3輸送速度的裝置。使用本發(fā)明的方法和設(shè)備制作出來(lái)的α-Al2O3單晶體成色好、晶體尺寸的大小可調(diào)節(jié)。
文檔編號(hào)C30B29/20GK103014855SQ20121057267
公開(kāi)日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月25日
發(fā)明者林志高 申請(qǐng)人:福建鑫磊晶體有限公司