專利名稱：一種新型的高純氧化鋁預處理坩堝的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及藍寶石單晶加工，具體涉及是ー種藍寶石用高純氧化鋁預處理坩堝。
背景技術：
藍寶石(Sapphire)是ー種 氧化鋁(a -Al2O3)的單晶，具有獨特的晶體結構，優異的光學性能、機械性能、化學穩定性和熱學性能，強度高、硬度大、耐沖刷，使其成為被廣泛應用的窗ロ材料和理想的襯底材料。制備藍寶石的方法很多，主要包括焰熔法、提拉法、區熔法、導模法、坩堝移動法、熱交換法、溫度梯度法、泡生法等，其中泡生法エ藝生長的藍寶石晶體約為目前市場份額的70%。采用泡生法等方法生長藍寶石晶體時，其引晶過程要求坩堝中的氧化鋁熔湯液面達到一定的高度，以便于籽晶能夠順利引導晶頸的生長，從而進行后面的放肩和定徑生長。要保證氧化鋁熔湯的液面高度，就必須先保證坩堝裝料時氧化鋁原料的重量，也就必須保證氧化鋁原料具備較高的密度，盡量接近其3. 98g/cm3的理論密度。目前，對藍寶石長晶用高純氧化鋁進行致密化預處理的方法有壓塊燒結法、焰熔法、預熔燒結法等，其中以預熔燒結法エ藝簡單，成本較低，且該方法不但不會造成高純氧化鋁的二次污染，還會在高溫エ藝過程中實現氧化鋁的二次提純，進一歩增加氧化鋁的純度和減少雜質含量。高純氧化鋁的預熔燒結處理工藝中，坩堝是這個預處理工序中一件非常重要的設備，直接關系到預熔燒結エ藝的成敗及燒結產品的純度。傳統的感應加熱坩堝為金屬的實體，感應加熱過程中利用電磁感應原理先加熱坩堝，然后坩堝再通過熱傳導的方式來加熱坩堝中的物質，傳熱效率低，加熱速度慢，能耗大，坩堝自損耗大，還可能造成被加熱物質的二次污染。
實用新型內容本實用新型的目的在于提供一種低成本、易裝拆、易脫鍋、自損耗小、二次污染極小甚至沒有二次污染、位置可以自動調整和精確控制的新型高純氧化鋁預處理坩堝。本實用新型包括坩堝本體和配套輔助部件。坩堝本體由固定絕緣圈(2)、坩堝壁(3)、底座圓盤(4)、支撐螺栓(5)和底座(6)組成。將內徑6-20mm、外徑8_24mm和長度400_800mm的紫銅管從中心對折,使銅管管壁間距為0. 5-3_，然后通過耐高溫的絕緣圈(厚為10-30 mm,內徑和外徑根據坩堝直徑而定)將若干對折的紫銅管串接和固定起來，組成坩堝本體的坩堝壁。根據需要，通過采用不同的銅管數量進行組合來實現坩堝直徑的變化。對折銅管的底部兩個ロ穿過坩堝底部圓盤后分別與進水和出水相連，實現坩堝工作過程中的連續水冷，從而減少坩堝工作中的自損耗和對被加熱物質的污染，同時延長坩堝使用壽命。為實現組成坩堝壁的銅管更加固定，在坩堝下端設有底座圓盤。底座圓盤采用耐高溫的絕緣材料制成，其厚度為30-60mm，外徑比感應線圈內徑小10-30mm。底座圓盤上開有與銅管外徑同等大小的若干圓孔，用于固定銅管下端，數量為組成坩堝壁的銅管的數量的2倍。底部圓盤的中間開有內徑為10-20_的圓孔，用于氧化鋁預熔燒結棒出鍋時下頂桿的通過。另外，在底座圓盤的上面，坩堝里面的下部，有一個圓形的銅板，銅板的下面焊接有圓盤形環繞的銅管，銅管兩端連接進水和出水，以冷卻底部銅板和保護坩堝底。在坩堝底部下面有絕緣底座，用于將坩堝和底部金屬支撐件分開，厚度為30-50 _，長寬尺寸根據坩堝尺寸而定。絕緣底座的中開有頂桿通過的圓孔，直徑為10-20mm。坩堝和底座之間采用黃銅制成的六角支撐螺栓連接，用干支撐坩堝和冷卻水管的重量，其長度為100-300mm。坩堝輔助部件包括固定絕緣圈定位支架(I)、底部支撐板(7)、提拉機構下部絕緣塊(8)、支撐桿(9)、提拉機構下部絕緣塊(10)和提拉板(11)。固定絕緣圈定位支架用于定位坩堝上部的固定絕緣圈，采用絕緣結構材 料制成。底部支撐板采用不銹鋼制成，用于支撐坩堝和冷卻水管的重量，其中間部位開有與坩堝底座相同的圓孔。提拉機構上部和下部絕緣塊也采用絕緣結構材料制成，用于連接提拉桿和絕緣塊。其中，兩塊下部絕緣塊中間各設有2個腰子孔，通過調節螺栓的調節，可以使坩堝置于感應線圈的中間位置。支撐桿用于連接上下絕緣塊，采用不銹鋼制成。提拉板采用不銹鋼制成，中間部位開有和絲桿螺紋匹配的螺紋孔，并在孔上方焊接有U型套，實現坩堝的提升和下降。輔助部件的具體尺寸和坩堝尺寸及相應的預熔燒結爐尺寸有關，根據具體情況進行匹配。
圖I為本實用新型的坩堝結構示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖I對本實用新型作進ー步的說明，但不以任何方式對本實用新型加以限制，基于本實用新型教導所作的任何變更或改進，均屬于本實用新型的保護范圍。結合附圖I說明本實施案例。本實例包括坩堝本體和配套輔助部件。坩堝本體由固定膠木圈、坩堝壁、底座圓盤、支撐螺栓和底座組成。將內徑8mm、夕卜徑IOmm和長度800mm的紫銅管從中心對折,使銅管管壁間距為Imm,然后通過膠木圈(厚為20 mm,內徑和外徑分別為230和330mm)將對折的紫銅管串接和固定起來，組成坩堝本體的坩堝壁，獲得210mm的坩堝內徑。對折銅管的底部兩個ロ穿過坩堝底部圓盤后分別與進水和出水相連。底座圓盤采用耐高溫的聚四氟こ烯制成，其厚度為40mm,外徑240mm。底部圓盤的中間開有內徑為15_的圓孔，用于氧化鋁預熔燒結棒出鍋時下頂桿的通過。另外，在底座圓盤的上面附帯有冷卻銅盤。在坩堝底部下面有膠木底座，厚度為40 mm，長寬分別為200 mm和160mm。坩堝和底座之間采用黃銅制成的六角支撐螺栓連接，其長度為150mm。坩堝輔助部件包括固定膠木圈的定位支架、底部支撐板、提拉機構下部膠木塊、支撐桿、提拉機構下部膠木塊和提拉板。固定膠木圈的定位支架也采用膠木制成，長為850mm，寬20mm,厚3mm。底部支撐板采用不銹鋼制成,其中間部位開有15mm圓孔。提拉機構上部和下部膠木塊長為300mm,寬50mm,高40mm。不銹鋼支撐桿直徑為20mm,長度為700mm。不銹鋼提拉板中間部位開有M20螺孔，上面焊有U型套。采用本實例坩堝進行藍寶石用高純氧化鋁的預熔燒結處理，已經使用了 100多爐次，坩堝仍然完好如初。使用過程中，裝拆方便，位置控制精確，自損耗小，熱效率高。所得產品無二次污染現象，質量 穩定。
權利要求1.一種高純氧化鋁預處理坩堝，其特征在于該預處理坩堝包括坩堝本體和配套輔助部件，坩堝本體由固定絕緣圈(2)、坩堝壁(3)、底座圓盤(4)、支撐螺栓(5)和絕緣底座(6)組成；坩堝輔助部件包括固定絕緣圈定位支架(I)、底部支撐板(7)、提拉機構下部絕緣塊(8)、支撐桿(9)、提拉機構下部絕緣塊(10)和提拉板(11)， 所述坩堝壁(3)是由將內徑6-20mm、外徑8-24mm和長度400-800mm的紫銅管從中心對折，銅管管壁間距為O. 5-3mm，通過耐高溫的厚為10-30 mm,內徑和外徑根據坩堝直徑而定的絕緣圈(2)將若干對折的紫銅管串接和固定起來組成，通過采用不同的銅管數量進行組合來實現坩堝直徑的變化，對折銅管的底部兩個口穿過坩堝底部圓盤(4)后分別與進水和出水相連，絕緣底座(6)位于坩堝底部下面，厚度為30-50 mm,長寬尺寸根據坩堝尺寸而定，絕緣底座(6)中開有頂桿通過的圓孔，直徑為10-20_，坩堝和絕緣底座(6)之間采用黃銅制成的六角支撐螺栓連接，用于支撐坩堝和冷卻水管的重量，其長度為100-300mm。
2.根據權利要求I所述的一種高純氧化鋁預處理坩堝，其特征在于 底座圓盤(4)設于坩堝下端，底座圓盤(4)采用耐高溫的絕緣材料制成，其厚度為30-60mm,外徑比感應線圈內徑小10-30mm, 底座圓盤(4)上開有與銅管外徑同等大小的若干圓孔，用于固定銅管下端，數量為組成坩堝壁的銅管的數量的2倍，底部圓盤(4)的中間開有內徑為10-20_的圓孔，用于氧化鋁預熔燒結棒出鍋時下頂桿的通過， 在底座圓盤(4)的上面，坩堝里面的下部，還設有一個圓形的銅板，銅板的下面焊接有圓盤形環繞的銅管，銅管兩端連接進水和出水。
3.根據權利要求I所述的一種高純氧化鋁預處理坩堝，其特征在于 固定絕緣圈定位支架(I)采用絕緣結構材料制成，底部支撐板采用不銹鋼制成，其中間部位開有與坩堝底座相同的圓孔，提拉機構上部和下部絕緣塊也采用絕緣結構材料制成，其中，兩塊下部絕緣塊中間各設有2個腰子孔，通過調節螺栓的調節，支撐桿用于連接上下絕緣塊，采用不銹鋼制成，提拉板采用不銹鋼制成，中間部位開有和絲桿螺紋匹配的螺紋孔，并在孔上方焊接有U型套。
專利摘要本實用新型提供的是一種新型的高純氧化鋁預處理坩堝，用于藍寶石用高純氧化鋁在高頻燒結爐中的預處理工藝。通過和燒結爐爐體內絲桿連接，由電動機通過齒輪傳動，實現動坩堝在爐中的上下運動。坩堝鍋體采用銅管制成，連接外部的進水和出水口，實現坩堝本身的冷卻和溫度控制。由于固態高純氧化鋁本身不導電，不能實現高頻感應加熱，故該坩堝使用過程中匹配有石墨電極點火器，以實現啟動熔池的形成和后續的高純氧化鋁感應加熱、熔化與鑄錠。本實用新型具有氧化鋁預處理加工效率高、精度高、原料損耗少、電耗低、裝拆方便、制造成本底、使用壽命長優點，在藍寶石用高純氧化鋁預處理領域具有廣泛的應用前景，能創造出明顯的社會效益和經濟效益。
文檔編號F27B14/10GK202582178SQ201220206719
公開日2012年12月5日 申請日期2012年5月9日 優先權日2012年5月9日
發明者寧德魁, 陳援, 符澤衛, 李才巨, 張超, 祝建華, 吳紅昆, 隋忠明, 柏昌坤, 李慧, 陳亮 申請人:云南乾元光能產業有限公司