钨单晶体生长炉—蓝宝石玻璃制造神器

近年来,蓝宝石玻璃似乎是玻璃界最“火”的一种玻璃,不是它拥有“蓝宝石“的名号,而是它被经常宣传用于高档手机屏幕上,一些声称配置了蓝宝石玻璃的手机往往动则上万,价格不菲,当然,蓝宝石玻璃真正具有意义的用途是作为红外光学材料、电子器件和高温超导薄膜的基片和衬底材料。

蓝宝石玻璃是用人工合成的蓝宝石制成的玻璃,其化学成分和物理性质与天然蓝宝石相同,之所以贵,这源于它的产能低,这也是初IPhone6宣称将使用选用蓝宝石玻璃而最后又弃用的原因。

蓝宝石玻璃图片

蓝宝石玻璃有多难?这为蓝宝石玻璃也是一种单晶体,实际上几乎所有熔体高温生长技术都适用于蓝宝石生产,常见的焰熔法、提拉法、泡生法、热交换法等都可,只是没有哪一种方法十全十美。我国65%的蓝宝石生产企业使用泡生法,而泡生法的关键就是制取设备。

泡生法的原理与提拉法类似,就是从坩埚的熔体中提拉晶体,制取过程中,首先令晶棒接触到熔体表面,在晶棒与熔体的固液界面上开始长晶,然后旋转晶棒很缓慢地往上提拉晶种。当晶种形成晶颈后,晶种便不再旋转和不再提拉。最后控制冷却速度使晶体从上方逐渐向下凝固成一整个单晶晶碇。

钨单晶生长炉图片

泡生法结晶缓慢、制备周期长,据了解,用于生长蓝宝石单晶的氧化铝原料熔点2045℃,并且是长期加热,这种情况下对在坩埚等高温设备的考验极大,在自然界中,钨的熔点是3380℃,钼的熔点是2620℃,如此一来,也就只有钨钼能承受这样的高温环境了,因此,制取蓝宝石玻璃的加热和保温系统基本采用钨钼材料,钨比较贵但性能稳、钼比较便宜但也能用, 但是,作为支撑材料与坩埚接触时,本身的高热导率使得炉体下半部分度梯度非常小,当熔体液面随晶体生长下降时,会发生温度梯度倒置,晶体结晶容易粘连坩埚壁,基于此项因素,建议设置合理的晶体生长数量和使用耐高温高热更稳定的钨材料。

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