[发明专利]立方锆蓝宝石生长晶体炉及立方锆蓝宝石合成方法

说明书

本发明公开一种立方锆蓝宝石生长晶体炉及合成立方锆蓝宝石的方法。该晶体炉包括炉体，所述炉体外敷设有用于加热的感应铜管，所述炉体的长度与宽度之比大于1。利用高频电流感应频率特性，在不影响中心晶体熔化的前提下炉体的长度，提高炉体容积，从而增加产量。

技术领域

本发明涉及一种用于合成立方锆蓝宝石的生长晶体炉以及利用该晶体炉进行蓝宝石合成的方法。

背景技术

宝石级合成立方氧化锆又称苏联钻，均质性晶体，硬度高达8.5，折射率2.17，耐温2000多度，因此已被广泛运用于航天航空、光学领域、耐温材料、珠宝首饰、民用材料上。近几年国内生产立方氧化锆晶体市场竞争激烈，适者生存，基本上处于稳定状态。且目前生产技术可以国外生产技术相媲美，不管在产品产量、质量上都有竞争力，前景非常可观。

目前，合成立方氧化锆晶体主要方法还是冷坩埚法为主，全世界均使用圆形高频感应炉。如图1所示，感应炉直径普遍在1m～1.2m，然后加料熔炼化锆原料粉，采用升降机以3～12mm升降感应线圈提升法长晶。想要扩大单炉产量，只有加提高功率加大感应炉，但目前工艺感应炉直径最多只能做到1.5m，其原因在于直径越大中心距离越大，位于中心的原料就越不好熔化，使得晶体透明度差质量达不到要求。

利用现有的晶体炉生产蓝宝石，单炉产量低、单晶体较少、电费成本高。目前国内外生产工艺都差不多，基本达到瓶颈，中心无法熔化长晶，这也是限制生产立方氧化锆晶体企业发展主要原因。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种立方锆蓝宝石生长晶体炉及立方锆蓝宝石合成方法，利用扁形的炉体替代现有的圆形炉体，既能保证炉体中心原料的熔融确保晶体质量，又能在加热功率不变的前提下提高产量。

为解决以上技术问题，本发明的技术方案为采用一种立方锆蓝宝石生长晶体炉，包括炉体，所述炉体外敷设有用于加热的感应铜管，所述炉体的长度与宽度之比大于1。利用高频电流感应频率特性，在不影响中心晶体熔化的前提下炉体的长度，提高炉体容积，从而增加产量。

作为一种改进，所述炉体的长度与宽度之比为2。

作为一种进一步的改进，所述炉体的宽度为1～1.2m，长度为2～2.4m，高度为0.8～1m。

作为另一种更进一步的改进，所述炉体的横截面为长圆形。

作为一种改进，所述感应铜管竖直设置，其底部与集箱底盘连接；所述集箱底盘上设置有冷却水入口及冷却水出口。使得每根感应铜管内部冷却水压力一致，确保冷却效果。

作为一种改进，所述集箱底盘顶面设置有凸台。传统的炉体底盘是平面设计的，在生产中，需要用厚约15～20cm粉料进行打底，用以隔阻熔料高温烧坏底盘以及底盘的污染物；新型长圆炉的底盘是中间凸出，周边凹陷，凸出底盘部分增大了冷却水的面积，增强了冷却性，所以不需要粉料打底的工艺程序，并底盘的污染物可以顺着熔融液体流到周边凹陷底盘处，就不会影响到上面结晶的内部质量。

本发明还提供一种利用上述晶体炉合成立方锆蓝宝石的方法，包括以下步骤：

A.配比粉料；将二氧化锆粉料、氧化钇和稀有元素着色剂按照比例均匀混合搅拌制成；

B.加料；将配置好的粉料及块料按比例填充进炉体内；

C.点火；在炉体内摆放若干碳棒，碳棒被摆放成与炉体一致的形状；开机点火；

D.熔料；将加热功率提升至500～1200KW；

E.拉晶；采用提拉法进行拉晶；

F.取晶；待炉体内温度降至常温后将晶体取出。

作为一种优选，步骤B中，粉料和块料的比例为1∶2。