[发明专利]大尺寸磷酸二氢钾晶体切割固定设备和防止成型坯片碎裂的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种大尺寸磷酸二氢钾晶体切割固定设备和防止成型坯片碎裂的方法，属于人工晶体材料加工技术领域。

背景技术

自从国际社会签署禁核试验条约以来，西方大国一直投巨资发展惯性约束核聚变(ICF)工程，以期改进核武器，并可能以此制作受控核聚变装置，从而获得巨大而且“清洁”的能源，这是一项体现综合国力的重大工程。在ICF工程中，大尺寸优质磷酸二氢钾(KDP)及磷酸二氘钾(DKDP)晶体是高功率激光驱动器中倍频器件和电光器件的重要材料；在国内外核爆模拟技术领域中，是不可替代的关键材料。多年来，西方国家为阻碍我国重要工程和激光武器的发展进程，对大尺寸KDP晶体实施技术封锁和产品禁运。

近年来，随着我国核爆模拟技术的发展，对KDP/DKDP(磷酸二氘钾)晶体成型坯片质量要求越来越高，成型坯片尺寸要求越来越大，对口径的要求已由“十五”期间的330mm×330mm扩展“十一五”期间的420mm×420mm。而且由于切割I类倍频420mm×420mm口径KDP晶体坯片需要550mm×550mm尺寸左右的晶体才能完成，如此超大尺寸的晶体生长、前期加工工艺参数与原有尺寸晶体生长有很大差异，生长与加工难度增大。所以针对大尺寸KDP晶体的粗加工研究不仅具有重要的实际和重大的政治意义，而且迫在眉睫。

由于ICF工程的需要，我国从“七五”起，将KDP/DKDP晶体生长技术研究列入国家“863”高技术计划。山东大学得到持续资助从事大口径KDP(DKDP)生长和加工研究，在大尺寸KDP晶体生长工艺完善和DKDP晶体生长工艺探索以及前期加工设备研制、工艺完善等进行了大量工作，技术上获得了较大突破，晶体生长方法和技术已申请三项发明专利，其中两项已授权。

KDP晶体生长周期长，为12-18个月，生长难度大。由于晶体本身各向异性的特点，生长过程中晶体极易开裂，成功率较低；又由于晶体本身应力较大，成型坯片和整个晶体都可能由于在晶体切割加工过程中晶体的固定方式、刀具运转参数、室内温差变化等因素，造成晶体灾难性碎裂。难度最大的是I、II类成型坯片的切割，其中切割I类坯片，需要晶体的尺寸为坯片尺寸的1.25倍，如I类坯片尺寸为420mm，则需要单晶体尺寸为530mm。2006-2007年我们利用联合研制的大口径水溶性晶体切割机，通过几种特别的固定方式，配合其他优化工艺参数成功切割加工多块大口径晶体，并为国家工程提供330mm×330mm-420mm×420mm大口径I、II类成型坯片近50片。目前国内只有我们成功生长和加工500mm以上口径晶体。由于该晶体使用的特殊性和重要性，相关技术和方法国外难见任何报道。

发明内容

本发明的目的是针对大尺寸KDP晶体在切割加工过程中，晶体本身和成型坯片易碎裂以及成型坯片定向精度容易偏离的问题，提供一种大尺寸KDP晶体切割固定设备和防止成型坯片碎裂的方法。

KDP晶体切割过程中，除保证环境温度没有大的波动外，晶体的固定方式尤其重要，直接影响晶体和晶片切割的安全性以及晶片平面度和表面度优劣。

一种大尺寸磷酸二氢钾晶体切割固定设备，利用工业磁力起重器改制而成；选用300-600kg磁力起重器，在磁力起重器一侧垂直固定一块钢板，钢板上均匀安装6-12个螺杆。

所述的钢板的厚度为5-10mm，高度为250-400mm，宽度为10-250mm。

一种防止大尺寸磷酸二氢钾晶体成型坯片碎裂的方法，具体方法步骤如下：

1)将待切割KDP晶体放置在相对恒温的切割机室内，室内昼夜温差为±1℃，放置7-10天；

2)将待切割晶体放在垫板上，在晶体和垫板之间放置3-5mm橡胶软垫或10-30mm泡绵；

3)利用磁力起重器的磁力将切割固定设备固定在切割机载物台上，磁力起重器底边与晶体垫板紧密接触，3-5个磁力起重器配合使用使垫板固定；

4)利用切割固定设备上的螺杆多点或小接触面接触晶体，使晶体固定，调整好晶体角度；

5)在待切割成型坯片一侧设置挡板，挡板固定在载物台上，待切割成型坯片与挡板之间设置橡胶垫，调整好待切割成型坯片底面的固定螺丝，在待切割成型坯片的上下边沿不影响坯片成型处，胶贴有机玻璃条、玻璃条或钢锯条，有机玻璃条、玻璃条或钢锯条可使用其中之一或其中两种或三种；

6)开始切割；

7)切割完成的成型坯片安全取出，整型时，将无用部分切除。