一種用γ-Al₂O₃制備α-Al₂O₃單晶體的制備方法及其設備的制作方法

專利名稱：一種用γ-Al₂O₃制備α-Al₂O₃單晶體的制備方法及其設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及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備。
背景技術：
藍寶石廣泛應用于高亮度LED的襯底材料、精密儀器軸承、大規模集成電路SOI和SOS的襯底材料、特種光學元器件、高能探測和高功率強激光的窗口材料、高壓材料。目前可生長藍寶石晶體的生長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，代價昂貴，并且不能直接生長C軸方向的晶體；泡生法工藝重復性差、能耗高；電阻加熱溫梯法工藝重復性差、成品率低。感應加熱銥 坩堝提拉法，投入大、成本高。傳統的坩堝下降法，溫度梯度調整范圍有限，很難提供生長大尺寸藍寶石晶體所需的溫度梯度，同時導致晶體排雜質和氣泡的能力低，晶體內部缺陷較多，晶體成品率僅50%左右。另外目前用于生長藍寶石的設備主要是燒結爐，然而現有技術中的燒結爐，不能有效控制制作藍寶石的原料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、氫氣之間的質量比的關鍵是要控制好Y -Al2O3粉末的質量。

發明內容
為了克服現有技術的不足，本發明的目的是提供一種制造成本低、工藝控制簡單、成品率高、晶體質量好的用Y -Al2O3制備a -Al2O3單晶體的制備方法。本發明的再一個目的是提供一種能夠有效調節Y -Al2O3輸送速度，進而控制
Y-Al2O3粉末、氧氣極易氫氣之間的質量比，生成的a -Al2O3晶體質量好、成品率高的用
Y-Al2O3制作a -Al2O3單晶體的燒結爐。為達到上述目的，本發明的技術方案為一種用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；2)給與原料桶相連接的氧氣輸送管通入氧氣，氧氣將Y -Al2O3帶入燒結爐的噴嘴內，同時給燒結爐的噴嘴通入氫氣；3)點燃從燒結爐的噴嘴噴出的氫氣、氧氣和Y -Al2O3的混合物，使該混合物在燒結爐的爐芯內燃燒，Y-Al2O3熔化；4)用設有a -Al2O3晶種的結晶柱，使熔化狀態的Y -Al2O3在該結晶柱上結晶轉化成a -Al2O3，該結晶溫度彡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單晶體的燒結爐包括機架，該機架上由上至下依序設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在氧氣噴頭上的氫氣噴頭，氧氣噴頭的進口與Y-Al2O3的原料桶和氧氣輸送管連接,氫氣噴頭的進口與氫氣輸送管連接；燒結爐的爐芯；以及a -Al2O3結晶柱的升降托盤；所述噴嘴延伸入燒結爐的爐芯的空腔內，C1-Al2O3結晶柱的升降托盤可升降 C1-Al2O3結晶柱，使C1-Al2O3結晶柱進出燒結爐的爐芯的空腔，所述盛裝Y-Al2O3的原料桶底部設有濾網，且該原料桶設有使濾網產生不同的振動以調節Y-Al2O3輸送速度的裝置。所述使濾網產生振動的裝置為設置在機架上的擊打所述Y-Al2O3原料桶的杠桿結構，杠桿結構的擊打端位于原料桶的頂部，杠桿結構的另一端與一設置在機架上的凸輪軸的凸輪配合，杠桿結構的另一端與該凸輪軸的凸輪基圓配合時，杠桿結構的擊打端擊打所述原料桶，杠桿結構的另一端與該凸輪軸的凸輪其他部分配合時，杠桿結構的擊打端遠離所述原料桶，且該凸輪軸由可改變凸輪軸的轉速的變頻電機帶動。所述杠桿結構設有用于調節杠桿結構的支點的高低的升降桿。所述升降桿可以調節杠桿結構的支點的高低，進而調節杠桿結構擊打Y -A12 O 3的原料桶的力度,實現調節濾網的振動幅度。所述燒結爐的機架上滑動設有隔離燒結爐的爐芯與操作員的隔熱防護板。所述燒結爐的爐芯上設有觀察孔。本發明采用以上的技術方案，利用在燒結爐的機架上設置的杠桿結構和在
Y-Al2O3的原料桶底部設置濾網，杠桿結構的擊打端擊打燒結爐Y-Al2O3的原料桶，從而造成濾網振動，使濾網內的Y-Al2O3粉末進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帶動的，調節變頻電機的轉速就可以調節凸輪軸的轉速，進而調節凸輪軸帶動杠桿擊打Y-Al2O3的原料桶的頻率，使原料桶的濾網產生不同的振動，進而實現有效控制Y-Al2O3的粉末參與氧氣和氫氣燃燒時的流入量,控制好了 Y-Al2O3的粉末參與氧氣和氫氣燃燒時的流入量，也就實現了 Y -Al2O3燃燒時與氧氣和氫氣的濃度是可以調整和控制的，本發明的方法和燒結爐制作出來的a -Al2O3單晶體成色好、晶體尺寸的大小可控制調節。


下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步詳細的說明圖1為本發明燒結爐的立體結構示意圖；圖2為本發明燒結爐的原料輸送裝置和噴嘴結構的剖視連接示意圖。
具體實施例方式如圖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;
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帶入燒結爐的噴嘴3內，同時給燒結爐的噴嘴3通入氫氣；3)點燃從燒結爐的噴嘴3噴出的氫氣、氧氣和Y -Al2O3的混合物，使該混合物在燒結爐的爐芯4內燃燒，Y -Al2O3熔化；4)用設有a -Al2O3晶種的結晶柱5，使熔化狀態的Y -Al2O3在該結晶柱5上結晶轉化成a -Al2O3，該結晶溫度彡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單晶體的燒結爐包括機架1，該機架I上由上至下依序設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和套設在氧氣噴頭31上的氫氣噴頭32，氧氣噴頭31的進口 33與Y-Al2O3的原料桶21和氧氣輸送管22連接，氫氣噴頭32的進口 34與氫氣輸送管23連接；燒結爐的爐芯4;以及a -Al2O3結晶柱5的升降托盤6 ；所述噴嘴3延伸入燒結爐的爐芯4的空腔內，a-Al2O3結晶柱5的升降托盤6可升降a -Al2O3結晶柱5，使a -Al2O3結晶柱5進出燒結爐的爐芯4的空腔，所述盛裝Y-Al2O3的原料桶21底部設有濾網7，且該原料桶21設有使濾網7產生不同的振動以調節Y -Al2O3輸送速度的裝置8。所述使濾網7產生振動的裝置8為設置在機架I上的擊打所述Y -Al2O3原料桶21的杠桿結構，杠桿結構8的擊打端81位于原料桶21的頂部,杠桿結構8的另一端82與一設置在機架I上的凸輪軸9的凸輪91配合，杠桿結構8的另一端82與該凸輪軸9的凸輪91基圓配合時，杠桿結構8的擊打端81擊打所述原料桶21，杠桿結構8的另一端82與該凸輪軸9的凸輪91其他部分配合時，杠桿結構8的擊打端81遠離所述原料桶21，且該凸輪軸9由可改變凸輪軸9的轉速的變頻電機(圖中未畫出)帶動。所述杠桿結構8設有用于調節杠桿結構8的支點83的高低的升降桿84。所述升降桿84可以調節杠桿結構8的支點83的高低，進而調節杠桿結構8擊打Y -Al2O3的原料桶21的力度，實現調節濾網7的振動幅度。所述燒結爐的機架I上滑動設有隔離燒結爐的爐芯4與操作員的隔熱防護板10。所述燒結爐的爐芯4上設有觀察孔41。
權利要求
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； 2)給與原料桶相連接的氧氣輸送管通入氧氣，氧氣將Y-Al2O3帶入燒結爐的噴嘴內，同時給燒結爐的噴嘴通入氫氣； 3)點燃從燒結爐的噴嘴噴出的氫氣、氧氣和Y-Al2O3的混合物，使該混合物在燒結爐的爐芯內燃燒，Y -Al2O3熔化； 4)用設有C1-Al2O3晶種的結晶柱，使熔化狀態的Y-Al2O3在該結晶柱上結晶轉化成a -Al2O3，該結晶溫度彡2050°C，即制得a -Al2O3單晶體。
2.根據權利要求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。
3.一種用于實現權利要求1或2所述的用Y -Al2O3制備a -Al2O3單晶體的制備方法的燒結爐，包括機架，該機架上由上至下依序設有以下裝置 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在氧氣噴頭上的氫氣噴頭，氧氣噴頭的進口與Y -Al2O3的原料桶和氧氣輸送管連接，氫氣噴頭的進口與氫氣輸送管連接； 燒結爐的爐芯； 以及a -Al2O3結晶柱的升降托盤； 所述噴嘴延伸入燒結爐的爐芯的空腔內，Q-Al2O3結晶柱的升降托盤可升降C1-Al2O3結晶柱，使α-Α1203結晶柱進出燒結爐的爐芯的空腔，其特征在于所述盛裝Y-Al2O3的原料桶底部設有濾網，且該原料桶設有使濾網產生不同的振動以調節Y-Al2O3輸送速度的裝置。
4.根據權利要求3所述的燒結爐，其特征在于所述使濾網產生振動的裝置為設置在機架上的擊打所述Y -Al2O3原料桶的杠桿結構,杠桿結構的擊打端位于原料桶的頂部,杠桿結構的另一端與一設置在機架上的凸輪軸的凸輪配合，杠桿結構的另一端與該凸輪軸的凸輪基圓配合時，杠桿結構的擊打端擊打所述原料桶，杠桿結構的另一端與該凸輪軸的凸輪其他部分配合時，杠桿結構的擊打端遠離所述原料桶，且該凸輪軸由可改變凸輪軸的轉速的變頻電機帶動。
5.根據權利要求4所述的燒結爐，其特征在于所述杠桿結構設有用于調節杠桿結構的支點的聞低的升降桿。
6.根據權利要求3所述的燒結爐，其特征在于所述燒結爐的機架上滑動設有隔離燒結爐的爐芯與操作員的隔熱防護板。
7.根據權利要求3所述的燒結爐，其特征在于所述燒結爐的爐芯上設有觀察孔。
全文摘要
本發明公開了一種用γ-Al2O3制備α-Al2O3單晶體的方法及其設備，該設備包括機架，該機架上由上至下依序設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在氧氣噴頭上的氫氣噴頭，氧氣噴頭的進口與γ-Al2O3的原料桶和氧氣輸送管連接，氫氣噴頭的進口與氫氣輸送管連接；燒結爐的爐芯；以及α-Al2O3結晶柱的升降托盤；所述噴嘴延伸入燒結爐的爐芯的空腔內，α-Al2O3結晶柱的升降托盤可升降α-Al2O3結晶柱，使α-Al2O3結晶柱進出燒結爐的爐芯的空腔，所述盛裝γ-Al2O3的原料桶底部設有濾網，且該原料桶設有使濾網產生不同的振動以調節γ-Al2O3輸送速度的裝置。使用本發明的方法和設備制作出來的α-Al2O3單晶體成色好、晶體尺寸的大小可調節。
文檔編號C30B29/20GK103014855SQ20121057267
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月25日 優先權日2012年12月25日
發明者林志高 申請人:福建鑫磊晶體有限公司