專利名稱：一種大型變壁厚純鉬坩堝的成型方法
一種大型變壁厚純鉬坩堝的成型方法技術領域
本發明屬于旋壓成型技術領域，涉及一種成型方法，尤其是一種大型變壁厚純鑰坩堝的成型方法。
背景技術：
藍寶石晶體具有優良的光學性能、機械性能和化學穩定性。強度高、硬度大、耐沖刷，因而廣泛的應用于紅外軍事裝置、衛星空間技術、高強度激光的窗口材料。其獨特的晶格結構、優異的力學性能、良好的熱學性能是藍寶石晶體成為實際應用的半導體GaN/A1203 發光二極管(LED)，大規模集成電路SOI和SOS及超導納米結構薄膜等最理想的襯底材料。 因此，低成本、高質量地生產大尺寸藍寶石單晶已成為當前面臨的迫切任務。目前我國LED 照明材料所需材料依賴進口，國防工業所需的大尺寸藍寶石晶體供應也受到很大制約，嚴重制約我國半導 體照明行業及國防工業的發展。
由于鑰的熔點高達2610°C，因此鑰坩堝廣泛倍被應用于藍寶石單晶生長爐、石英玻璃熔煉爐、稀土冶煉爐等工業爐等核心容器，其使用的工作環境一般在2000°C以上，特別對于藍寶石單晶生長爐來說，具有高純度、高密度、無內裂紋、尺寸精準、內外壁光潔等特征的鑰坩堝對藍寶石晶體生長過程中的種晶成功率、拉晶質量控制、脫晶粘鍋以及使用壽命起到了關鍵的作用。根據坩堝制造工藝，有可分為壓制燒結坩堝和旋壓坩堝，壓制燒結坩堝質量較低、純度、密度較低，使用壽命較短，價格相對便宜，國內長晶爐一般是采用壓制燒結坩堝；旋壓坩堝質量較高，純度、密度較高，使用壽命長，價格高。
金屬旋壓是一種金屬塑性成型的加工工藝。金屬旋壓工藝具有節省原材料、成本低廉、設備簡單和產品質量高等優點，因此，旋壓工藝在國防、化工、冶金、電子、機械等方面起到了越來越大的作用。金屬旋壓工藝在旋制不同形狀的制件時，綜合了鍛造、擠壓、拉伸、 彎曲、環軋、橫軋和滾壓等工藝的特點。針對不同毛坯的變形特點，一般可分為普通旋壓和強力旋壓兩種。在旋壓過程中，改變毛坯的形狀而基本不改變其壁厚稱為普通旋壓；在旋壓過程中，既改變毛坯的形狀又改變其壁厚的稱為強力旋壓。近30年來，國外金屬旋壓技術有很大發展，目前這項技術已日趨成熟。我國強力旋壓技術研究工作從20世紀60年代初開始，經過幾十年的努力，已取的了較大的發展。在旋壓工藝、設備制造和理論研究及技術推廣等方面都取得了很大的進展。
在LED制造領域，所需的藍寶石襯底尺寸不斷增大，未來的發展是4英寸和6 英寸，且隨著需求的變化需做大錠，目前最大的晶體是Φ400χ400πιπι，盛放晶體是內徑為 Φ 400mm高度至少是400mm。隨著LED半導體照明產業的發展，藍寶石晶體的需求量也加大。 目前該行業主要采用鑰、鎢制作坩堝作為載體耗材。而鑰屬于難變形材料，其室溫塑性差， 制作坩堝必須在加熱條件下進行旋壓成形。現階段，市場上制作的鑰坩堝的尺寸較小，無法滿足所需坩堝的尺寸要求。
采用本發明，所制造額鑰坩堝質量好，生產周期短，重量輕，運輸方便。滿足了生產大尺寸藍寶石的需要。
發明內容
本發明的目的在于克服上述現有技術的缺點，提供一種大型變壁厚純鑰坩堝的成型方法，該方法采用真空熔煉法制作純鑰鑄錠，再將鑄錠熱軋成板坯，經旋壓設備對板坯進行旋壓，最后對旋壓得到的半成品件做表面處理，得到符合要求的產品。本發明的目的是通過以下技術方案來解決的這種大型變壁厚純鑰坩堝的成型方法，包括以下步驟I)采用真空熔煉法制作純鑰鑄錠；2)將上述純鑰鑄錠熱軋成板坯；3)將板坯置于煤氣爐中進行900°C，60min的消除應力退火，然后堿洗及清理表面；鑰板不應有裂紋、起皮、分層、凹坑缺陷；4)用旋壓設備對板坯進行旋壓，得到半成品件；5)對旋壓得到的半成品件做表面處理，得到符合要求的產品。進一步,上述步驟2)中，熱軋后板還的規格為6mmXC>680mm。步驟4)中，旋壓是在HYC0F0RM-P111B半自動液壓靠模旋壓機上進行。旋壓按照以下步驟進行a)強旋+普通預成型主軸轉速300± 10r/min ; 旋輪縱向速度80mm/min ;旋輪工作半徑Rp=12mm ； 芯模徑向跳動蘭0. 05mm ；芯模加熱溫度200-250°C ； 加熱方式氧乙炔焊炬；毛坯加熱溫度900-95(TC ; 潤滑劑玻璃粉；旋壓件錐角82° ；退火參數置于氮氣保護的電阻爐中，900°C，lh ;出爐后噴砂并表面修磨；b)第一次強旋成型工藝參數主軸轉速300± 10r/min ; 旋輪縱向速度60mm/min ;旋輪工作半徑Rp=12mm ； 芯模徑向跳動蘭0. 05mm ；芯模加熱溫度200-25(TC ； 加熱方式氧乙炔焊炬；毛坯加熱溫度800-850°C ； 潤滑劑玻璃粉；旋壓件錐角33° ；退火參數置于氮氣保護的電阻爐中，780°C，lh。c )最終強旋成型工藝參數主軸轉速300± 10r/min ; 旋輪縱向速度50mm/min ;旋輪工作半徑Rp=12mm ； 芯模徑向跳動含0. 05mm ；芯模加熱溫度200-250°C ； 加熱方式氧乙炔焊炬；毛坯加熱溫度650-700°C ； 潤滑劑玻璃粉；旋壓件錐角0. 2° ;退火參數置于氮氣保護的電阻爐中，650°C，lh。以上步驟5)中，表面處理為對半成品件表面進行打磨并堿洗。本發明具有以下有益效果
本發明采用真空熔煉法制作純鑰鑄錠，再將鑄錠熱軋成板坯，經旋壓設備對板坯進行旋壓，最后對旋壓得到的半成品件做表面處理，得到符合要求的產品。根據本發明的方法制作的鑰坩堝能夠達到尺寸要求和表面及冶金要求，所制造額鑰坩堝質量好，生產周期短，重量輕，運輸方便，滿足了生產大尺寸藍寶石的需要，填補了國內對制造此型鑰坩堝的技術空白，具有巨大的市場價值和潛在經濟價值。
圖1為本發明的旋壓工藝框圖2為本發明的鑰坩堝示意圖3為本發明的成型過程示意圖。
其中1為板坯；2為強旋+普通旋壓預成型件；3為第一次強旋成型件；4為最終強旋成型件。
具體實施方式
本發明的大型變壁厚純鑰坩堝的成型方法，具體包括以下步驟
I)采用真空熔煉法制作純鑰鑄錠；
2)將上述純鑰鑄錠熱軋成板坯I (如圖3);在本發明的最佳實施例中熱軋后板坯 I的規格為6mmX Φ680mm。
3)將板坯I置于煤氣爐中進行900°C，60min的消除應力退火，然后堿洗及清理表面；鑰板不應有裂紋、起皮、分層、凹坑缺陷；
4)參見圖1和圖3，用旋壓設備對板坯I進行旋壓，得到半成品件；本發明的旋壓是在HYC0F0RM-P111B半自動液壓靠模旋壓機上進行。旋壓按照以下步驟進行
a)強旋+普通預成型
主軸轉速300± 10r/min ; 旋輪縱向速度80mm/min ;
旋輪工作半徑Rp=12mm ； 芯模徑向跳動蘭O. 05mm ；
芯模加熱溫度200-250°C ； 加熱方式氧乙炔焊炬；
毛坯加熱溫度900-95(TC ； 潤滑劑玻璃粉；
旋壓件錐角82° ；
退火參數置于氮氣保護的電阻爐中，900°C，Ih ;出爐后噴砂并表面修磨；退火前清洗。
該步驟得到強旋+普通旋壓預成型件2，如圖3所示。
b)第一次強旋
工藝參數如下
主軸轉速300± 10r/min ; 旋輪縱向速度60mm/min ;
旋輪工作半徑Rp=12mm ； 芯模徑向跳動蘭O. 05mm ；
芯模加熱溫度200-250°C ； 加熱方式氧乙炔焊炬；
毛坯加熱溫度800-850°C ； 潤滑劑玻璃粉；
旋壓件錐角33° ；
退火參數置于氮氣保護的電阻爐中，780°C，lh。退火前清洗。
該步驟得到第一次強旋成型件3。c )最終強旋成型工藝參數如下主軸轉速300± 10r/min ; 旋輪縱向速度50mm/min ;旋輪工作半徑Rp=12mm ； 芯模徑向跳動蘭0. 05mm ；芯模加熱溫度200-25(TC ; 加熱方式氧乙炔焊炬；毛坯加熱溫度650-700°C ； 潤滑劑玻璃粉；旋壓件錐角0. 2° ;退火參數置于氮氣保護的電阻爐中，650°C，lh。退火前清洗。完成后得到最終強旋成型件4。5)對旋壓得到的半成品件做表面處理，即對半成品件表面進行打磨并堿洗，得到符合要求的產品，如圖2所示。下面結合實施例對本發明做進一步詳細描述實施例1I采用真空熔煉法制作純鑰鑄錠；2將上述純鑰鑄錠熱軋成規格為6mm X O 680mm的板坯；3將板坯置于煤氣爐中進行900°C，60min的消除應力退火，然后堿洗及清理表面。鑰板不應有裂紋、起皮、分層、凹坑等缺陷。4旋壓是在HYC0F0RM-P11IB半自動液壓靠模旋壓機上進行。按照以下參數進行旋壓成型a強旋+普通預成型工藝參數主軸轉速300±10r/min 旋輪縱向速度80mm/min旋輪工作半徑Rp=12mm 芯模徑向跳動蘭0. 05mm芯模加熱溫度200-250°C 加熱方式氧乙炔焊炬毛坯加熱溫度900-950°C 潤滑劑玻璃粉旋壓件錐角82°退火參數置于氮氣保護的電阻爐中，900°C，lh。出爐后噴砂并表面修磨。b第一次強旋成型工藝參數主軸轉速300± 10r/min 旋輪縱向速度60mm/min旋輪工作半徑Rp=12mm 芯模徑向跳動蘭0. 05mm芯模加熱溫度200-250°C 加熱方式氧乙炔焊炬毛坯加熱溫度800-850°C 潤滑劑玻璃粉旋壓件錐角33°退火參數置于氮氣保護的電阻爐中，780°C，lh。c最終強旋成型工藝參數主軸轉速300± 10r/min 旋輪縱向速度50mm/min旋輪工作半徑Rp=12mm 芯模徑向跳動蘭0. 05mm芯模加熱溫度200-250°C 加熱方式氧乙炔焊炬毛坯加熱溫度650-700°C 潤滑劑玻璃粉
旋壓件錐角0.2°退火參數置于氮氣保護的電阻爐中，650°C，lh。出爐后堿洗及清理表面。5對成品件進行尺檢。經上述實施例1得到的鑰坩堝尺寸及表面質量均符合要求。實施例2I采用真空熔煉法制作純鑰鑄錠；2將上述純鑰鑄錠熱軋成規格為6mm X O 680mm的板坯；3將板坯置于煤氣爐中進行900°C，60min的消除應力退火，然后堿洗及清理表面。鑰板不應有裂紋、起皮、分層、凹坑等缺陷。4旋壓是在HYC0F0RM-P11IB半自動液壓靠模旋壓機上進行。按照以下參數進行旋壓成型a強旋+普通預成型工藝參數主軸轉速250± 10r/min 旋輪縱向速度70mm/min旋輪工作半徑Rp=12mm 芯模徑向跳動蘭0. 05mm芯模加熱溫度250-30(TC 加熱方式氧乙炔焊炬毛坯加熱溫度900-95(TC 潤滑劑玻璃粉旋壓件錐角82。退火參數置于氮氣保護的電阻爐中，900°C，lh。出爐后噴砂并表面修磨。b第一次強旋成型工藝參數主軸轉速250± 10r/min 旋輪縱向速度70mm/min旋輪工作半徑Rp=12mm 芯模徑向跳動蘭0. 05mm芯模加熱溫度250-300°C 加熱方式氧乙炔焊炬毛坯加熱溫度750-800°C 潤滑劑玻璃粉旋壓件錐角33°退火參數置于氮氣保護的電阻爐中，780°C，Ih。c最終強旋成型工藝參數主軸轉速250± 10r/min 旋輪縱向速度70mm/min旋輪工作半徑Rp=12mm 芯模徑向跳動蘭0. 05mm芯模加熱溫度250-30(TC 加熱方式氧乙炔焊炬毛坯加熱溫度650-700°C 潤滑劑玻璃粉旋壓件錐角0.2°退火參數置于氮氣保護的電阻爐中，650°C，Ih。出爐后堿洗及清理表面。5對成品件進行尺檢。經上述實施例2得到的鑰坩堝尺寸及表面質量均符合要求。
權利要求
1.一種大型變壁厚純鑰坩堝的成型方法，其特征在于，包括以下步驟 1)采用真空熔煉法制作純鑰鑄錠； 2)將上述純鑰鑄錠熱軋成板坯(I)； 3)將板坯(I)置于煤氣爐中進行900°C，60min的消除應力退火，然后堿洗及清理表面；鑰板不應有裂紋、起皮、分層、凹坑缺陷； 4)用旋壓設備對板坯(I)進行旋壓，得到半成品件； 5)對旋壓得到的半成品件做表面處理，得到符合要求的產品。
2.根據權利要求1所述的大型變壁厚純鑰坩堝的成型方法，其特征在于，步驟2)中，熱軋后板還的規格為6mmX Φ680mm。
3.根據權利要求1所述的大型變壁厚純鑰坩堝的成型方法，其特征在于，步驟4)中，旋壓是在HYCOFORM-P111B半自動液壓靠模旋壓機上進行。
4.根據權利要求3所述的大型變壁厚純鑰坩堝的成型方法，其特征在于，旋壓按照以下步驟進行 a)強旋+普通預成型 主軸轉速300±10r/min ； 旋輪縱向速度80mm/min ； 旋輪工作半徑Rp=12mm ； 芯模徑向跳動蘭O. 05mm ； 芯模加熱溫度200-25(TC ； 加熱方式氧乙炔焊炬； 毛坯加熱溫度900-95(TC ； 潤滑劑玻璃粉； 旋壓件維角82° ； 退火參數置于氮氣保護的電阻爐中，900°C，lh ;出爐后噴砂并表面修磨； b)第一次強旋成型 主軸轉速300±10r/min ； 旋輪縱向速度60mm/min ； 旋輪工作半徑Rp=12mm ； 芯模徑向跳動蘭O. 05mm ； 芯模加熱溫度200-25(TC ； 加熱方式氧乙炔焊炬； 毛坯加熱溫度800-85(TC ； 潤滑劑玻璃粉； 旋壓件維角33° ； 退火參數置于氮氣保護的電阻爐中，780°C，lh; c )最終強旋成型 主軸轉速300±10r/min ； 旋輪縱向速度50mm/min ； 旋輪工作半徑Rp=12mm ； 芯模徑向跳動蘭O. 05mm ； 芯模加熱溫度200-25(TC ； 加熱方式氧乙炔焊炬； 毛坯加熱溫度650-70(TC ； 潤滑劑玻璃粉； 旋壓件錐角0.2° ； 退火參數置于氮氣保護的電阻爐中，650°C，lh。
5.根據權利要求1所述的大型變壁厚純鑰坩堝的成型方法，其特征在于，步驟5)中，表面處理為對半成品件表面進行打磨并堿洗。
全文摘要
本發明公開了一種大型變壁厚純鉬坩堝的成型方法，該方法采用真空熔煉法制作純鉬鑄錠，再將鑄錠熱軋成板坯，經旋壓設備對板坯進行旋壓，最后對旋壓得到的半成品件做表面處理，得到符合要求的產品。根據本發明的方法制作的鉬坩堝能夠達到尺寸要求和表面及冶金要求，所制造額鉬坩堝質量好，生產周期短，重量輕，運輸方便，滿足了生產大尺寸藍寶石的需要，填補了國內對制造此型鉬坩堝的技術空白，具有巨大的市場價值和潛在經濟價值。
文檔編號B21D22/16GK102989856SQ20121051355
公開日2013年3月27日 申請日期2012年12月3日 優先權日2012年12月3日
發明者張利軍, 常輝, 朱鵬超, 薛祥義 申請人:西安西工大超晶科技發展有限責任公司