CN104651926A - 一种用于蓝宝石生长粘锅时保护夹持装置的控制方法 - Google Patents

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罗仁辉
秦英谡
杨明超
马中琦
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Abstract

本发明涉及一种夹持装置的控制方法，特别是涉及一种用于蓝宝石生长粘锅时保护夹持装置的控制方法。本发明设定称装量上限值为m2，下限值为m1，装料量为m0，即m0<m1<m2；生长过程中，称重装置会将晶体的即时重量传送给控制器，当测得的晶体重量m>m2时，控制器控制提拉电机以速度v下降，防止过大的重量对夹持装置造成不可逆的破坏，延长其使用寿命，同时减少了晶体开裂现象的发生。随着提拉电机的下降，所测得晶体重量也随之降低，当m<m1时，提拉电机停止下降，避免晶体的重量施加在粘接面上造成晶体开裂。提拉电机停止下降后，由于粘锅收缩的原因，晶体重量m会再次上升，当m>m2时，提拉电机再以v速度下降，循环往复。

Description

一种用于蓝宝石生长粘锅时保护夹持装置的控制方法
技术领域
本发明涉及一种夹持装置的控制方法，特别是涉及一种用于蓝宝石生长粘锅时保护夹持装置的控制方法。
背景技术
采用上籽晶单晶生长的优点在于，所生长的晶体通常与坩埚是分离的，在退火冷却过程中，晶体的收缩不会受到坩埚的影响，这显著降低了晶体的应力，避免退火过程中晶体内部产生缺陷，提高晶体的质量。
但在大尺寸的蓝宝石生长过程中，却偶尔会发生晶体粘锅现象，即晶体的一部分与坩埚粘接在一起。这主要是由于在晶体的生长过程中，温场的不合理造成的，例如随着热场的增大，温场的对称性变差，在转肩阶段，温度较低的一侧，晶体生长较快，其侧面就会与坩埚壁接触，形成粘锅。另外，如果坩埚底部保温差，或者在晶体生长结束阶段降温过快，晶体底部同样容易与坩埚接触，并粘在一起。
粘锅的发生使得坩埚的重量会直接施加在夹持装置上，随着晶体的收缩，籽晶夹头等所承受的力远远大于晶体的重量，甚至超过装料的总重量。考虑到夹持装置所采用的钨钼材料在高温下的蠕动变形，过大的重量会对其造成变形甚至报废，进而降低使用寿命。
另一方面，粘锅现象使得籽晶及其夹持装置，在受到垂直重力作用的同时，还可能受到侧向的拉力。侧向力的存在很容易造成籽晶断裂，这使晶体的重力全部作用在晶体底部与坩埚的接触面上。由于钨钼材料的热膨胀系数相对蓝宝石晶体较小。在冷却过程中，晶体收缩大，坩埚收缩小，晶体粘锅部分收缩时受会来自坩埚阻力，这是导致晶体开裂的主要原因之一，而作用在接触面上的重力则加大了晶体开裂的机率。
现有技术方案缺点：现阶段对于粘锅，多数解决方法是在生长结束后升高功率，使与坩埚接触部分的晶体重新熔化。这种方法的缺点在于对于温场不理想的单晶炉很难实现，特别是对于晶体转肩部位粘锅的情况，由于坩埚上部温度较低，如果升温过高会使得晶体底部回熔严重。
相近方案：中国专利（专利号201120534156.X）提出了一种可以发现晶体粘锅的报警装置，但没有给出粘锅情况的解决方案，且其方法是将即时重量与半小时前的重量做对比，考虑到不同阶段晶体的生长速率不同，这种方案具体实施较困难。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于蓝宝石生长粘锅时保护夹持装置的控制方法，该方法对于粘锅情况实现快速处理，有效避免了籽晶夹头夹持装置的变形破坏，延长了夹持装置的寿命，并减少了晶体的开裂现象的发生。
技术解决方案
本发明包括：称重装置、控制器，所述称重装置与控制器连接，控制器与提拉电机连接；设置控制器参数，设定控制器称装量上限值为m2，下限值为m1，装料量为m0，即m0<m1<m2；在生长过程中，称重装置会将晶体的即时重量传送给控制器，当测得的晶体重量m>m2时，认为晶体发生粘锅，控制提拉电机以v的速度下降，防止过大的重量对夹持装置造成不可逆的破坏；随着提拉电机的下降，所测得的晶体重量也随之降低，当重量m<m1时，提拉电机停止下降，以避免晶体的重量施加在粘接面上造成晶体开裂。提拉电机停止下降后，由于粘锅收缩的原因，晶体重量m会再次上升，当m>m2时，提拉电机再以v的速度下降，循环往复。
所述控制提拉电机的下降速度v为0.1～5mm/h之间。
本发明优点：
本发明通过对控制器进行参数设定，设定其称装量上限值m1、下限值m2及装料量m0，即m0<m1<m2；在生长过程中，称重装置会将晶体的即时重量传送给控制器，当测得的晶体重量m>m2时，认为晶体发生粘锅，坩埚的重量会直接施加在夹持装置上，随着晶体的收缩，籽晶夹头等所承受的力远远大于晶体的重量，甚至超过装料的总重量。夹持装置所采用的钨钼材料在高温下会蠕动变形，过大的重量会对其造成变形甚至报废；另一方面，粘锅现象使得籽晶及其夹持装置，在到垂直的重力作用的同时，还可能受到侧向的拉力。侧向力的存在很容易造成籽晶断裂，这使晶体的重力全部作用在晶体底部与坩埚的接触面上。冷却时，晶体与坩埚收缩率不一样，会造成晶体开裂。因此，当晶体重量m>m2时，控制器控制提拉电机以v的速度下降，防止过大的重量对夹持装置造成不可逆的破坏，延长其使用寿命，同时减少了晶体的开裂现象的发生。随着提拉电机的下降，所测得的晶体重量也随之降低，当重量m<m1时，提拉电机停止下降，以避免晶体的重量施加在粘接面上造成晶体开裂。提拉电机停止下降后，由于粘锅收缩的原因，晶体重量m会再次上升，当m>m2时，提拉电机再以v的速度下降，循环往复。
附图说明
图1本发明流程图；
图2为本发明粘锅状态图。
具体实施方式
将质量为85kg的高纯氧化铝原料（纯度99.996%）装入钨坩埚并置于长晶炉中；炉体抽真空至1.0×10-4Pa，升温熔化原料；利用籽晶引晶并扩肩生长。通过控制器设定的重量上限值m2为89Kg，下限m1为87Kg，电机下降速率为1mm/h。在生长后期，当称重装置所测得的晶体重量m大于89Kg时，控制提拉电机以1mm/h的速率下降，防止过大的重量对夹持装置造成不可逆的破坏，延长其使用寿命，同时减少了晶体的开裂现象的发生，此时晶体重量也随之减小；当重量小于87Kg时，提拉电机停止下降，以避免晶体的重量施加在粘接面上造成晶体开裂，提拉电机停止下降后，由于粘锅收缩的原因，晶体重量会再次上升至大于89Kg，提拉电机会再次以1mm/h的速率下降，以保护夹持装置，循环往复。最终在退火过程中测得重量始终保持在87～89Kg之间，重量的曲线为波浪形，直至晶体与坩埚脱离，此时测得的晶体重量在85Kg，且随着晶体的冷却，重量不再大幅变化。

Claims (2)

1.一种用于蓝宝石生长粘锅时保护夹持装置的控制方法，其特征在于，包括：称重装置、控制器，所述称重装置与控制器连接，控制器与提拉电机连接；设置控制器参数：设定控制器的称装量上限值为m2，下限值为m1，装料量为m0，即m0<m1<m2；在生长过程中，称重装置会将晶体的即时重量传送给控制器，当测得的晶体重量m>m2时，认为晶体发生粘锅，控制提拉电机以v的速度下降，防止过大的重量对夹持装置造成不可逆的破坏；随着提拉电机的下降，所测得的晶体重量也随之降低，当重量m<m1时，提拉电机停止下降，以避免晶体的重量施加在粘接面上造成晶体开裂；提拉电机停止下降后，由于粘锅收缩的原因，晶体重量m会再次上升，当m>m2时，提拉电机再以v的速度下降，循环往复。
2.根据权利要求1所述的一种用于蓝宝石生长粘锅时保护夹持装置的控制方法，其特征在于，控制提拉电机的下降速度v为0.1～5mm/h之间。
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