[发明专利]一种等离子加工高密度氧化铝的装置及方法

说明书

技术领域

一种等离子加工高密度氧化铝的装置及方法，属于蓝宝石晶体用高密度氧化铝技术领域。

背景技术

高密氧化铝主要应用于蓝宝石晶体领域，蓝宝石由于其特殊性质被广泛应用，主要应用于军工窗口材料和LED照明领域。随着国家对节能行业的支持，LED照明日渐增大，对于高纯氧化铝的需求量也急速增长。蓝宝石晶体生长方法有很多种，比如泡生法和提拉法，热交换法，温度梯度法等。在这些过程中，主要是把高纯氧化铝放置在坩埚中加热至熔点，重新生长成单晶所得。为了提高产量和降低成本，需要尽量将高纯氧化铝原料最大限度的将坩埚填满。所以对高纯氧化铝的密度有很高的要求。

目前把高纯氧化铝粉加工成高密度材料的方法有压制成型高温烧结法和氢氧焰高温熔融法两种，前者在压制过程中的模具和高温烧结中的窑具均对产品有较大的污染，后者在熔融过程中会有一定的提纯作用，但会存留大量的氢元素。而且两种方式均为间断性生产，产品之间的质量会存在较大的起伏。对下游产业的连续生产影响较大，相应产品良莠不齐，造成巨大损失。并且间断性生产的生产速率减慢，降低产量。以上两种方法生产出的高密度高纯氧化铝在用于生长蓝宝石单晶时，都会对蓝宝石质量或成品率上有较大的影响。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服上述现有技术的不足，提供一种连续生产、能提高产品密度并能进一步提纯的一种等离子加工高密度氧化铝的装置及方法。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：该等离子加工高密度氧化铝的装置，其特征在于：包括加料漏斗、射频等离子发生器、等离子火炬、高频感应线圈、沉积台、不锈钢水冷反应器，所述加料漏斗下方设有射频等离子发生器，射频等离子发生器下方设有等离子火炬，等离子火炬外绕有高频感应线圈，等离子火炬的下端连接固定在不锈钢水冷反应器的上开口上，不锈钢水冷反应器内设有多方位旋转移动组件支撑的沉积台；加料漏斗、射频等离子发生器、等离子火炬、沉积台在同一竖直线上，保证加料漏斗内漏出的料能经过射频等离子发生器和等离子火炬后落到沉积台上，多方位旋转移动组件能够携载沉积台在上、下、左、右方向往复移动。

所述的加料漏斗为水冷加料漏斗，水冷加料漏斗为加料漏斗外罩有冷水循环箱，冷水循环箱连接循环冷凝水系统，冷水循环箱上开设粉料进口。水冷加料漏斗随时降低其中氧化铝粉的温度，防止氧化铝粉部分熔融影响下料速率。

所述的射频等离子发生器与沉积台之间的距离为300~400mm，射频等离子发生器外罩有冷水循环箱并连接循环冷凝水系统。此高度保证氧化铝粉的最佳下落距离，从而能保证最佳下落时间。

所述的等离子火炬为石英材质，等离子火炬外套有石英夹套，等离子火炬与石英夹套之间为空心夹层，空心夹层连接循环冷凝水系统。此结构能够耐受高温又有效隔绝高频感应线圈造成的放电现象。

所述的多方位旋转移动组件包括基座、水平移动机构、升降机构和旋转机构，水平移动机构为水平移动动力电机固定在水平移动轨道一端并通过履带带动基座的基座轮在水平方向移动，升降机构为伸缩电机固定在伸缩杆的底端，伸缩杆穿过基座并与基座齿轮连接，旋转机构为固定在基座下方的旋转动力电机通过齿轮带动伸缩杆转动，伸缩杆的顶端固定在沉积台的底面上。

一种利用上述装置进行等离子加工高密度氧化铝的方法，其特征在于，具体工艺步骤为：

a、首先以305~350L/h的速率利用射频等离子发生器发射出等离子体发生气体，等离子体发生气体进入等离子火炬中后在高频感应线圈发出的高频磁场的作用下发生离子化并不断升温至9000~10000℃；

b、氧化铝粉末由加料漏斗以200~500g/min的加料速率连续通过射频等离子发生器进入等离子火炬，氧化铝粉末在下落的过程中经过9000~10000℃的等离子体加热发生瞬间熔融，熔融的氧化铝沉积到沉积台上；

c、沉积台在收集下落的熔融氧化铝的同时保持0~300r/min的转速，并且沉积台在水平和垂直方向上均保持10~50mm/min的速率往复移动；熔融氧化铝降落至沉积台上首先形成液层，然后再经过自发凝固过程完成定向结晶即得。

所述氧化铝的下落距离为300~400mm。

步骤a中所述的等离子发生气体为氢气与A气体按体积比1.5~14：100的混合气，所述A气体为氮气、氩气、氦气中的一种或一种以上任意比例的混合气体。

步骤b中所采用的氧化铝粉末的颗粒直径为0.1~500μm。