一种球形宝石晶体生长设备及其生长方法与流程

1.本发明涉及一种生长设备及其生长方法，特别是涉及一种球形宝石晶体生长设备及其生长方法，属于晶体生长技术领域。


背景技术：

2.晶体生长设备是一种通过加热坩埚中的原料至熔融状态，并利用泡生法、提拉法或者改良泡生法制备晶体的工业设施，包括用于容纳坩埚的晶体炉以及设置在晶体炉内的热场。使晶体良好生长的关键在于精确控制坩埚和热场的相对位置，以使坩埚内的熔融物按照晶体制备工艺的要求处在适宜的温度环境。
3.现有的晶体生长设备在对混合后的原料进行熔化时会产生一定的气泡残留在熔融状态的混合原料中，导致在后续的结晶过程中使宝石晶体出现瑕疵。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是提供一种球形宝石晶体生长设备及其生长方法，该设备及方法能够将熔融状态的混合原料中的气体排出，提升后期宝石结晶的质量。
5.为解决上述问题，提供以下技术方案：
6.设计一种球形宝石晶体生长设备，包括：安装台；生长炉组件，其设置于安装台的上表面，所述生长炉组件包括生长炉壳体，所述生长炉壳体的内部设置有钨笼发热体，所述钨笼发热体的内部设置有坩埚，所述生长炉壳体的下方设置有用于对坩埚进行旋转和振动的驱动件，所述生长炉壳体的顶部设置有生长炉盖体，所述生长炉盖体上设置有籽晶棒，所述籽晶棒的底端延伸至坩埚的内部并设置有籽晶；真空组件，其设置于安装台上，所述真空组件通过真空管道与生长炉壳体的内部相连通；温度控制组件，其设置于安装台上，所述温度控制组件用于对钨笼发热体进行控制。
7.进一步的，所述生长炉壳体内设置有保温层，所述保温层设置于生长炉壳体内壁与钨笼发热体外周面之间。
8.上述技术方案通过设置保温层，能够有效的降低温度的流失，节约能源。
9.进一步的，所述生长炉壳体与生长炉盖体之间通过螺纹或卡扣相连接，所述生长炉盖体与生长炉壳体的相抵侧设置有密封垫。
10.上述技术方案通过将生长炉壳体与生长炉盖体之间设置成螺纹或卡扣相连接，便于工作人员对生长炉盖体进行快速拆卸，从而便于对坩埚进行取放。
11.进一步的，所述生长炉盖体的上表面设置有电机三，所述电机三的输出轴设置有锥形齿轮三，所述锥形齿轮三的一侧啮合连接有锥形齿轮四，所述锥形齿轮四与籽晶棒滑动连接，所述锥形齿轮四的内周面设置有凹槽，所述籽晶棒的外周面设置有与凹槽相对应的凸条，所述籽晶棒与生长炉盖体之间为软密封连接。
12.上述技术方案通过控制电机三开始工作，在锥形齿轮三和锥形齿轮四的传动下使籽晶棒带动籽晶开始旋转，从而使籽晶能够与熔融状态的混合原料进行充分接触，提升结
晶效果。
13.进一步的，所述驱动件包括电机一，所述电机一的输出轴设置有锥形齿轮一，所述锥形齿轮一的一侧啮合连接有锥形齿轮二，所述锥形齿轮二的内周面设置有安装套筒，所述安装套筒套接有驱动杆，所述驱动杆的底部设置有限位条，所述安装套筒的内周面开设有与限位条相对应的限位槽，所述驱动杆的顶端延伸至生长炉壳体的内部并设置有连接件，所述驱动杆通过连接件与坩埚相连接。
14.上述技术方案通过启动电机一，在锥形齿轮一和锥形齿轮二的配合下使安装套筒带动驱动杆开始转动，从而使坩埚以和籽晶相反的转动方向开始旋转，带动混合原料随之开始转动。
15.进一步的，所述安装台的上表面设置有电机二，所述电机二的输出轴设置有转轮，所述转轮的外周面等角度设置有多个凸起，所述转轮的上方设置有振动板，所述振动板套接有两个导向柱，且导向柱的顶端均与生长炉壳体的底部相连接，所述振动板与生长炉壳体的底部之间设置有多个弹簧，且弹簧分别与导向柱相套接。
16.上述技术方案通过启动电机二使转轮开始旋转，在凸起的作用下使振动板带动驱动杆和坩埚开始快速振动，从而有效的将熔融状态下混合原料中的气泡排除，提升结晶效果。
17.进一步的，所述驱动杆与生长炉壳体之间为软密封连接。
18.进一步的，所述连接件包括插接座，所述插接座与驱动杆的顶端相连接，所述插接座呈六棱柱结构，所述插接座插接有插接套筒，所述插接套筒与坩埚的底部相连接。
19.上述技术方案通过采用插接座和插接套筒相配合，便于工作人员对坩埚和驱动杆进行安装。
20.一种球形宝石晶体生长方法，具体步骤包括：
21.s1、将高纯原料按照需要生长晶体的配比进行混合得到混合料，将混合料经过球磨、烘干后投入至坩埚中，然后将坩埚放置于生长炉壳体内，关闭生长炉盖体；
22.s2、通过温度控制组件控制钨笼发热体开始工作，对坩埚进行加热，当生长炉壳体内部温度提升至1500-1800℃时启动真空组件对生长炉壳体进行抽真空工序，然后向生长炉壳体内注入惰性气体，然后继续对生长炉壳体内部温度进行提升至设定温度；
23.s3、达设定温度后，保温4-8小时，使混合料及籽晶顶部熔化，实现接种生长，在此过程中通过驱动件对坩埚振动使混合料中的气泡排除，然后驱动坩埚旋转，使混合料均匀的与籽晶接触进行结晶；
24.s4、对结晶体进行原位退火5-20h，通过温度控制组件控制钨笼发热体，直至使结晶体冷却至室温。
25.与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
26.工作人员将混合的原料放置于坩埚中，然后打开生长炉盖体并将坩埚放置于驱动件上，然后使生长炉盖体复位，通过温度控制组件控制钨笼发热体开始工作，对坩埚进行加热，当生长炉壳体内部温度提升至设定值时向生长炉壳体内注入惰性气体，继续提升生长炉壳体内部温度至下一预设值，启动驱动件使坩埚内熔融状态下混合原料中的气泡排除，然后控制坩埚带动混合原料旋转，同时向下推动籽晶棒使籽晶与坩埚内的混合原料相接触进行宝石结晶工序，通过采用上述方式能够将熔融状态的混合原料中的气体排出，提升后
期宝石结晶的质量。
附图说明
27.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
28.图1为本发明的整体结构立体图；
29.图2为本发明的生长炉组件的结构立体图；
30.图3为本发明的生长炉盖体处的结构立体图；
31.图4为本发明的生长炉壳体的结构立体图；
32.图5为本发明的驱动件的结构立体图；
33.图6为本发明的驱动件的结构拆分图；
34.图7为本发明的方法流程图。
35.图中：100、安装台；200、生长炉组件；300、真空组件；400、温度控制组件；201、生长炉壳体；202、保温层；203、钨笼发热体；204、生长炉盖体；205、坩埚；206、籽晶棒；207、籽晶；208、电机一；209、锥形齿轮一；210、锥形齿轮二；211、驱动杆；212、安装套筒；213、限位条；214、插接座；215、插接套筒；216、电机二；217、转轮；218、振动板；219、导向柱；220、弹簧；221、电机三；222、锥形齿轮三；223、锥形齿轮四。
具体实施方式
36.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
37.如图1－图6所示，本实施例提供的一种球形宝石晶体生长设备，包括：安装台100；生长炉组件200，其设置于安装台100的上表面，生长炉组件200包括生长炉壳体201，生长炉壳体201的内部设置有钨笼发热体203，钨笼发热体203的内部设置有坩埚205，生长炉壳体201的下方设置有用于对坩埚205进行旋转和振动的驱动件，生长炉壳体201的顶部设置有生长炉盖体204，生长炉盖体204上设置有籽晶棒206，籽晶棒206的底端延伸至坩埚205的内部并设置有籽晶207；真空组件300，其设置于安装台100上，真空组件300通过真空管道与生长炉壳体201的内部相连通；温度控制组件400，其设置于安装台100上，温度控制组件400用于对钨笼发热体203进行控制，在本实施例中，工作人员将混合的原料放置于坩埚205中，然后打开生长炉盖体204并将坩埚205放置于驱动件上，然后使生长炉盖体204复位，通过温度控制组件400控制钨笼发热体203开始工作，对坩埚205进行加热，当生长炉壳体201内部温度提升至设定值时向生长炉壳体201内注入惰性气体，继续提升生长炉壳体201内部温度至下一预设值，启动驱动件使坩埚205内熔融状态下混合原料中的气泡排除，然后控制坩埚205带动混合原料旋转，同时向下推动籽晶棒206使籽晶207与坩埚205内的混合原料相接触进行宝石结晶工序。
38.生长炉壳体201内设置有保温层202，保温层202设置于生长炉壳体201内壁与钨笼发热体203外周面之间，在本实施例中，通过设置保温层202，能够有效的降低温度的流失，
节约能源。
39.生长炉壳体201与生长炉盖体204之间通过螺纹或卡扣相连接，生长炉盖体204与生长炉壳体201的相抵侧设置有密封垫，在本实施例中，通过将生长炉壳体201与生长炉盖体204之间设置成螺纹或卡扣相连接，便于工作人员对生长炉盖体204进行快速拆卸，从而便于对坩埚205进行取放。
40.生长炉盖体204的上表面设置有电机三221，电机三221的输出轴设置有锥形齿轮三222，锥形齿轮三222的一侧啮合连接有锥形齿轮四223，锥形齿轮四223与籽晶棒206滑动连接，锥形齿轮四223的内周面设置有凹槽，籽晶棒206的外周面设置有与凹槽相对应的凸条，籽晶棒206与生长炉盖体204之间为软密封连接，在本实施例中，通过控制电机三221开始工作，在锥形齿轮三222和锥形齿轮四223的传动下使籽晶棒206带动籽晶207开始旋转，从而使籽晶207能够与熔融状态的混合原料进行充分接触，提升结晶效果。
41.驱动件包括电机一208，电机一208的输出轴设置有锥形齿轮一209，锥形齿轮一209的一侧啮合连接有锥形齿轮二210，锥形齿轮二210的内周面设置有安装套筒212，安装套筒212套接有驱动杆211，驱动杆211的底部设置有限位条213，安装套筒212的内周面开设有与限位条213相对应的限位槽，驱动杆211的顶端延伸至生长炉壳体201的内部并设置有连接件，驱动杆211通过连接件与坩埚205相连接，在本实施例中，通过启动电机一208，在锥形齿轮一209和锥形齿轮二210的配合下使安装套筒212带动驱动杆211开始转动，从而使坩埚205以和籽晶207相反的转动方向开始旋转，带动混合原料随之开始转动。
42.安装台100的上表面设置有电机二216，电机二216的输出轴设置有转轮217，转轮217的外周面等角度设置有多个凸起，转轮217的上方设置有振动板218，振动板218套接有两个导向柱219，且导向柱219的顶端均与生长炉壳体201的底部相连接，振动板218与生长炉壳体201的底部之间设置有多个弹簧220，且弹簧220分别与导向柱219相套接，在本实施例中，通过启动电机二216使转轮217开始旋转，在凸起的作用下使振动板218带动驱动杆211和坩埚205开始快速振动，从而有效的将熔融状态下混合原料中的气泡排除，提升结晶效果，驱动杆211与生长炉壳体201之间为软密封连接。
43.连接件包括插接座214，插接座214与驱动杆211的顶端相连接，插接座214呈六棱柱结构，插接座214插接有插接套筒215，插接套筒215与坩埚205的底部相连接，在本实施例中，通过采用插接座214和插接套筒215相配合，便于工作人员对坩埚205和驱动杆211进行安装。
44.如图7所示，一种球形宝石晶体生长方法，具体步骤包括：
45.s1、将高纯原料按照需要生长晶体的配比进行混合得到混合料，将混合料经过球磨、烘干后投入至坩埚205中，然后将坩埚205放置于生长炉壳体201内，关闭生长炉盖体204；
46.s2、通过温度控制组件400控制钨笼发热体203开始工作，对坩埚205进行加热，当生长炉壳体201内部温度提升至1500-1800℃时启动真空组件300对生长炉壳体201进行抽真空工序，然后向生长炉壳体201内注入惰性气体，然后继续对生长炉壳体201内部温度进行提升至设定温度；
47.s3、达设定温度后，保温4-8小时，使混合料及籽晶207顶部熔化，实现接种生长，在此过程中通过驱动件对坩埚205振动使混合料中的气泡排除，然后驱动坩埚205旋转，使混
合料均匀的与籽晶207接触进行结晶；
48.s4、对结晶体进行原位退火5-20h，通过温度控制组件400控制钨笼发热体203，直至使结晶体冷却至室温。
49.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，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的具体含义。
50.以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种球形宝石晶体生长设备，其特征在于，包括：安装台(100)；生长炉组件(200)，其设置于安装台(100)的上表面，所述生长炉组件(200)包括生长炉壳体(201)，所述生长炉壳体(201)的内部设置有钨笼发热体(203)，所述钨笼发热体(203)的内部设置有坩埚(205)，所述生长炉壳体(201)的下方设置有用于对坩埚(205)进行旋转和振动的驱动件，所述生长炉壳体(201)的顶部设置有生长炉盖体(204)，所述生长炉盖体(204)上设置有籽晶棒(206)，所述籽晶棒(206)的底端延伸至坩埚(205)的内部并设置有籽晶(207)；真空组件(300)，其设置于安装台(100)上，所述真空组件(300)通过真空管道与生长炉壳体(201)的内部相连通；温度控制组件(400)，其设置于安装台(100)上，所述温度控制组件(400)用于对钨笼发热体(203)进行控制。2.根据权利要求1所述的一种球形宝石晶体生长设备，其特征在于，所述生长炉壳体(201)内设置有保温层(202)，所述保温层(202)设置于生长炉壳体(201)内壁与钨笼发热体(203)外周面之间。3.根据权利要求1所述的一种球形宝石晶体生长设备，其特征在于，所述生长炉壳体(201)与生长炉盖体(204)之间通过螺纹或卡扣相连接，所述生长炉盖体(204)与生长炉壳体(201)的相抵侧设置有密封垫。4.根据权利要求1所述的一种球形宝石晶体生长设备，其特征在于，所述生长炉盖体(204)的上表面设置有电机三(221)，所述电机三(221)的输出轴设置有锥形齿轮三(222)，所述锥形齿轮三(222)的一侧啮合连接有锥形齿轮四(223)，所述锥形齿轮四(223)与籽晶棒(206)滑动连接，所述锥形齿轮四(223)的内周面设置有凹槽，所述籽晶棒(206)的外周面设置有与凹槽相对应的凸条，所述籽晶棒(206)与生长炉盖体(204)之间为软密封连接。5.根据权利要求1所述的一种球形宝石晶体生长设备，其特征在于，所述驱动件包括电机一(208)，所述电机一(208)的输出轴设置有锥形齿轮一(209)，所述锥形齿轮一(209)的一侧啮合连接有锥形齿轮二(210)，所述锥形齿轮二(210)的内周面设置有安装套筒(212)，所述安装套筒(212)套接有驱动杆(211)，所述驱动杆(211)的底部设置有限位条(213)，所述安装套筒(212)的内周面开设有与限位条(213)相对应的限位槽，所述驱动杆(211)的顶端延伸至生长炉壳体(201)的内部并设置有连接件，所述驱动杆(211)通过连接件与坩埚(205)相连接。6.根据权利要求5所述的一种球形宝石晶体生长设备，其特征在于，所述安装台(100)的上表面设置有电机二(216)，所述电机二(216)的输出轴设置有转轮(217)，所述转轮(217)的外周面等角度设置有多个凸起，所述转轮(217)的上方设置有振动板(218)，所述振动板(218)套接有两个导向柱(219)，且导向柱(219)的顶端均与生长炉壳体(201)的底部相连接，所述振动板(218)与生长炉壳体(201)的底部之间设置有多个弹簧(220)，且弹簧(220)分别与导向柱(219)相套接。7.根据权利要求6所述的一种球形宝石晶体生长设备，其特征在于，所述驱动杆(211)与生长炉壳体(201)之间为软密封连接。8.根据权利要求5所述的一种球形宝石晶体生长设备，其特征在于，所述连接件包括插
接座(214)，所述插接座(214)与驱动杆(211)的顶端相连接，所述插接座(214)呈六棱柱结构，所述插接座(214)插接有插接套筒(215)，所述插接套筒(215)与坩埚(205)的底部相连接。9.一种如权利要求1-8任一所述的球形宝石晶体生长方法，其特征在于，具体步骤包括：s1、将高纯原料按照需要生长晶体的配比进行混合得到混合料，将混合料经过球磨、烘干后投入至坩埚(205)中，然后将坩埚(205)放置于生长炉壳体(201)内，关闭生长炉盖体(204)；s2、通过温度控制组件(400)控制钨笼发热体(203)开始工作，对坩埚(205)进行加热，当生长炉壳体(201)内部温度提升至1500-1800℃时启动真空组件(300)对生长炉壳体(201)进行抽真空工序，然后向生长炉壳体(201)内注入惰性气体，然后继续对生长炉壳体(201)内部温度进行提升至设定温度；s3、达设定温度后，保温4-8小时，使混合料及籽晶(207)顶部熔化，实现接种生长，在此过程中通过驱动件对坩埚(205)振动使混合料中的气泡排除，然后驱动坩埚(205)旋转，使混合料均匀的与籽晶(207)接触进行结晶；s4、对结晶体进行原位退火5-20h，通过温度控制组件(400)控制钨笼发热体(203)，直至使结晶体冷却至室温。

技术总结
本发明公开了一种球形宝石晶体生长设备，属于晶体生长技术领域，包括：安装台；生长炉组件，所述生长炉组件包括生长炉壳体，所述生长炉壳体的内部设置有钨笼发热体，所述钨笼发热体的内部设置有坩埚，所述生长炉壳体的下方设置有用于对坩埚进行旋转和振动的驱动件，所述生长炉壳体的顶部设置有生长炉盖体，所述生长炉盖体上设置有籽晶棒，所述籽晶棒的底端延伸至坩埚的内部并设置有籽晶；真空组件，所述真空组件通过真空管道与生长炉壳体的内部相连通；温度控制组件，其设置于安装台上，所述温度控制组件用于对钨笼发热体进行控制。由此，能够将熔融状态的混合原料中的气体排出，提升后期宝石结晶的质量。期宝石结晶的质量。期宝石结晶的质量。


技术研发人员：陈周民
受保护的技术使用者：苏州苏晶晶体元件有限公司
技术研发日：2023.05.16
技术公布日：2023/8/14