[发明专利]一种大尺寸蓝宝石板材导模法生长装置及生长方法

说明书

本发明公开了一种大尺寸蓝宝石板材导模法生长装置及生长方法，包括炉体，所述炉体两侧相对开门结构，采用板状石墨电阻加热器，石墨硬毡作为保温材料，整体热场为双温区结构，圆形坩埚四周有四片板状石墨加热器，为主加热区,包括以下步骤：步骤1：先装炉，然后对炉体内进行抽真空；步骤2：然后对炉体内进行充气，然后对炉体进行升温，实现蓝宝石的融化；步骤3：进行引晶和放肩至等径阶段，并持续到晶体生长完成；步骤4：然后对炉体进行原位退火，再降温至室温，然后取出晶体。本发明双温区的设计避免晶体应力过大产生位错，开裂等缺陷，避免高温下由于熔体温度波动导致晶体产生气泡，确保晶体的高质量。

技术领域

本发明涉及晶体材料制备技术领域，尤其涉及一种大尺寸蓝宝石板材导模法生长装置及生长方法。

背景技术

随着军民两用光电/红外系统的迅速发展，人们对大面积的光电窗口(指长度、宽度≥250毫米)材料提出了迫切的需求，同时在窗口材料的性能上对高硬度、高强度、宽波段、高透过率的需求越来越强烈。例如，红外透光率指标和耐磨性能是飞机、舰船和地面车辆的光电窗口、红外吊窗、测距和跟踪仪器窗口的重要指标。

蓝宝石单晶作为一种优良的宽波段透光材料，在紫外、可见光、红外波段、微波都具有良好的透波率，可以满足多模式复合制导的要求；同时蓝宝石单晶具有优良的机械性能、化学稳定性和耐高温性能，强度高、硬度大、可在近2000℃的恶劣环境下工作，所以蓝宝石单晶是最佳的光电窗口材料。虽然大尺寸蓝宝石晶体在军用和民用各个领域有众多应用，但美国等西方国家禁止出口相关的技术和材料，使得国际上大尺寸高质量的蓝宝石晶体无法得到充分供应。

窗口材料最常用的形状为平板状。当前，大尺寸蓝宝石单晶的主要生产方式有热交换法、泡生法、水平定向区熔法、导模法等。由于技术上的差异，导模法(又称EFG法)和水平定向区熔法最适合大尺寸蓝宝石单晶板材的生产。两者的优势在于可以直接生产出板状的大尺寸单晶。生产出的晶体毛坯已经是接近目标尺寸要求的板材，除了磨平抛光外，不需要做额外的加工。水平定向区熔法已经可以生长最大尺寸457mm x 914mm x 38mm的蓝宝石面板，是由美国公司Rubicon Technology,Inc.制造，由于生长的晶体应力过大，机械强度不高，限制了其应用范围，仍处于实验室阶段，而导模法生长的大尺寸蓝宝石板材在法国圣戈班已经实现了产业化生产。导模法生长蓝宝石大板材的另外一个主要优势在于导模法生长蓝宝石大板材长晶速度快，高达25mm/h，整个长晶周期只需要3天，其它生长方法长晶速度均在5mm/h以下，整个长晶周期约2周左右。

但目前国内在导模法大尺寸(≥250mm)高质量蓝宝石板材生长技术上，尚处于技术空白；而其他晶体生长方法或在尺寸上、或在质量上无法加工出大尺寸(≥250mm)蓝宝石板材。即使偶尔得到高质量的晶体能够加工出大尺寸的蓝宝石板材，却也因为成本高昂不能满足规模化生产的需要。例如行业内最常见的大尺寸蓝宝石晶体生产方法为泡生法或热交换法，其产品为近似圆柱形蓝宝石晶锭，需要通过切割加工的方式生产出蓝宝石单晶板材。且这类方式长晶和加工周期长，晶体原料浪费严重，同时在切割时，在圆柱形晶体区间寻找一个无气泡层的、满足强度和透波率要求的板状区域也是十分的困难。

发明内容

1.要解决的技术问题

本发明的目的是为了解决现有技术中的问题，而提出的一种大尺寸蓝宝石板材导模法生长装置及生长方法。

2.技术方案

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种大尺寸蓝宝石板材导模法生长装置，包括炉体，所述炉体两侧相对开门结构，采用板状石墨电阻加热器，石墨硬毡作为保温材料，整体热场为双温区结构，圆形坩埚四周有四片板状石墨加热器，为主加热区，在蓝宝石板材大面平行的两侧设有后加热器，主加热和后加热温区由石墨硬毡作为隔热屏将两者隔开，隔热屏水平放置于坩埚盖上部且位于模具两侧。

优选地，所述的主加热区和后加热区可分别独立控制。