專利名稱：籽晶桿夾頭的成型方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種籽晶桿夾頭的成型方法，適用于晶體提拉生長爐用的籽晶桿夾頭，或者用于高溫熔煉中。
背景技術(shù)：
鉑(熔點(diǎn)1800℃)和銥(熔點(diǎn)2450℃)均是難熔鉑族金屬，可制成用于晶體生長裝置中的籽晶桿夾頭、攪拌棒、盛裝高溫熔體的容器等，是晶體、玻璃和陶瓷行業(yè)中不可缺少的材料。鉑族金屬桿、棒的制作在先技術(shù)中中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所晶體組于1974年在《物理》雜志上(第三卷第四期234頁)上發(fā)表了“銥器皿的精密鑄造”一文，采用高純石墨作模芯，用車床在模芯上車出一個(gè)直徑為4～6毫米，深度為10～15毫米的內(nèi)孔，澆鑄時(shí)孔內(nèi)用氧化鎂砂填充，這種方法可以直接澆鑄出籽晶桿夾頭。該方法的缺點(diǎn)是(1)在高溫澆鑄時(shí)，氧化鎂砂容易移位，造成內(nèi)孔的孔壁較粗糙，光潔度差，易出現(xiàn)砂眼、氣孔等疵病。(2)夾頭內(nèi)孔與籽晶桿同軸度差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服上述在先技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種能夠澆鑄出內(nèi)孔精度高、光潔度好、內(nèi)孔和籽晶桿的同軸度好的籽晶桿夾頭，而且可以一次澆鑄成型多個(gè)籽晶桿夾頭。
本發(fā)明的籽晶桿夾頭是用銥料制成的。制作過程是經(jīng)過制作夾頭模具、制作澆鑄模型、熔化銥料、澆鑄、脫模、退火和切割的過程。其具體成型步驟是<1>制作夾頭模具，夾頭模具含有基座1和夾頭模芯2，如圖1所示。其中基座1上，有一平面101在其中心位置上有一固定中心螺孔109，基座1上與上述帶固定中心螺孔109的平面相背的平面102上均勻分布有20≥n≥1個(gè)固定模芯螺孔103、104、105、106、107、108，如圖2所示。所說的夾頭模芯2有20≥n≥1個(gè)，每個(gè)夾頭模芯2一端帶有與基座1上固定模芯螺孔103、104、105、106、107、108相配的螺紋頭201，如圖3、圖4所示。夾頭模芯2另一端帶有中心內(nèi)孔203，如圖4所示?；蛘呤且黄矫?02，如圖3所示。夾頭模芯2是用帶有螺紋頭201的一端旋進(jìn)基座1上固定模芯螺孔103、104、105、106、107、108內(nèi)而固定在基座1上，如圖1所示。
構(gòu)成基座1和夾頭模芯2的材料是高純石墨或石蠟。
所說的夾頭模芯2帶有中心內(nèi)孔203的一端的中心內(nèi)孔203里塞有孔塞3，如圖1、圖4所示?？兹?是用高熔點(diǎn)的晶體，如氧化鋯(ZrO2)、氧化鎂(MgO)、碳化硅(SiC)等。
所說的基座1為了澆鑄方便，可以是圓錐臺(tái)形，或者是圓柱臺(tái)形，或者是帶圓角的多邊臺(tái)形等。
<2>制作鑄澆模型，首先將上述制作好的夾頭模具用基座1上的固定中心的螺孔109固定在金屬模套內(nèi)，在夾頭模具與模套之間的所有空隙內(nèi)填滿致密的填充料，然后脫去模套，成為模胚。將模胚置于干燥處，讓其自然風(fēng)干4～7天。再將風(fēng)干后的模胚在硅碳棒電阻爐內(nèi)溫度達(dá)到1250℃～1650℃燒結(jié)4～8天，待上述用高純石墨或石蠟制成的夾頭模具完全被燒掉，便制成所要求的澆鑄模型。
所說的填充料是由氧化鎂(MgO)粉加粘合劑構(gòu)成，其中氧化鎂(MgO)粉的粗細(xì)程度為按重量百分比20-30％的40目、20-30％的60目、60-40％的80目的比例混合。其中粘合劑是阿拉伯樹膠，或者是熟膠。
<3>熔化銥料并澆鑄，首先用氧化鎂(MgO)料制作一個(gè)熔化銥料的熔堝。然后將上述制作好的澆鑄模型及熔堝同時(shí)預(yù)熱，當(dāng)加熱至1250℃-1650℃時(shí)，將銥料放入熔堝里，待銥料全部熔化后，將熔化的銥料注入澆鑄模型內(nèi)成型。
<4>將上述已注入銥液的澆鑄模型讓其自然冷卻至600℃-1200℃時(shí)，打碎脫去澆鑄模型后，放入水中急驟冷卻。然后切去基座1，便制成一個(gè)個(gè)籽晶桿夾頭。其中一端有中心內(nèi)孔203的內(nèi)孔還塞有孔塞3，將孔塞3打碎除去后，便留下了光滑的中心內(nèi)孔203，如圖5所示。
本發(fā)明的籽晶桿夾頭的成型方法同時(shí)可以澆鑄成型20個(gè)(20≥n≥1)籽晶桿夾頭。而且一端有中心內(nèi)孔的籽晶桿夾頭能夠一次成型，中心內(nèi)孔同軸度好、孔內(nèi)表面光潔度高。用本發(fā)明的成型方法制成的籽晶桿夾頭適用生長多種晶體，如鉭酸鋰、釩酸釔、石榴石系列晶體、白寶石晶體等，本發(fā)明的成型方法降低了生產(chǎn)成本，適合批量生產(chǎn)。


圖1是本發(fā)明籽晶桿夾頭的成型方法中所制作的夾頭模具示意圖。
圖2是圖1夾頭模具中的基座1示意圖，其中圖2-1是基座1正視示意圖，圖2-2是圖2-1的A-A剖視示意圖。
圖3是一端為平面202的夾頭模芯2示意圖。
圖4是圖1中一端帶有中心內(nèi)孔203，孔內(nèi)塞有孔塞3的夾頭模芯2的示意5是一端帶有中心內(nèi)孔203的籽晶桿夾頭示意圖
具體實(shí)施例方式如上述具體成型步驟<1>首先制作夾頭模具，如圖1所示的結(jié)構(gòu)，基座1，用高純石墨加工成圓錐臺(tái)形，大圓平面101的中心位置上有一深8mm、M8的固定中心螺孔109，小圓平面上均布有n＝6個(gè)固定模芯螺孔103、104、105、106、107、108，見圖2。夾頭模芯2有n＝6個(gè)，每個(gè)夾頭模芯2的直徑6mm，長度80mm，夾頭模芯2的一端帶有與基座1上固定模芯螺孔相配的螺紋頭201，如圖4所示。另一端帶有直徑為5毫米，深度為7毫米的中心內(nèi)孔203，如圖4所示。先將基座1及夾頭模芯2采用高純石墨用車床加工好。然后將n＝6個(gè)夾頭模芯固定在基座1上固定模芯螺孔103、104、105、106、107、108內(nèi)，將用氧化鋯(ZrO2)晶體加工成直徑為5毫米，長度為30毫米表面進(jìn)行拋光的孔塞3，插入夾頭模芯2的中心內(nèi)孔203內(nèi)，制成了夾頭模具，見圖1。
制作澆鑄模型，首先制作模胚，將上述做好的夾頭模具用基座1上的固定中心的螺孔109固定在鋁筒做成的金屬模套內(nèi)，在夾頭模具與模套之間的填充料是氧化鎂(MgO)粉加粘合劑，其中氧化鎂(MgO)粉按重量百分比20％的40目、20％的60目、60％的80目的比例混合在一起，用阿拉伯樹膠做粘合劑。然后填充好填充料后將鋁筒的模套脫去制成了模胚。
將上述模胚置于干燥處自然風(fēng)干7天，并在硅碳棒電阻爐中燒結(jié)6天，燒結(jié)過程是(a)先是升溫，采用自動(dòng)控制緩慢升溫，約50℃/小時(shí)，從室溫連續(xù)升溫至1400℃。
(b)接著恒溫到達(dá)1400℃后開始恒溫55小時(shí)。此時(shí)用高純石墨制成的基座和夾頭模芯全部被燃燒干凈。
(c)降溫恒溫55小時(shí)后，用自動(dòng)控制降溫，以50℃/小時(shí)速率降溫，從1400℃一直降溫至室溫。制成澆鑄模型。
<3>熔化銥料并澆鑄(a)首先制作熔化銥料的熔堝，用含20％的40目、20％的60目、60％的80目混合的氧化鎂(MgO)粉加阿拉伯樹膠做粘合劑，制成熔堝。
(b)同時(shí)預(yù)熱上述做好的澆鑄模型及熔堝，將澆鑄模型放入石墨筒內(nèi)，將石墨棒放入熔堝內(nèi)，然后一起放入高頻感應(yīng)線圈內(nèi)，用高頻感應(yīng)石墨的方法對(duì)澆鑄模型、熔堝進(jìn)行加熱，加熱至1400℃。
(c)熔料、澆鑄將熔堝內(nèi)石墨棒取出，將銥料放入熔堝內(nèi)通過高頻對(duì)銥自感應(yīng)的方式將銥料熔化，然后將銥液澆入澆鑄模型內(nèi)成型。
<4>(a)冷卻先將上述澆鑄好的澆鑄模型自然冷卻至800℃，以消除部分應(yīng)力。然后打碎脫去澆鑄模型，再放入冷水中急冷。
(b)將夾頭一端有中心內(nèi)孔203孔內(nèi)的晶體孔塞3敲碎，倒出，洗凈內(nèi)孔內(nèi)的碎晶塊，并將多個(gè)籽晶桿夾頭用切割機(jī)將其從基座1上切下，一次成型為一端有中心內(nèi)孔的籽晶桿夾頭，還可在有中心內(nèi)孔端用激光或電火花打一小孔，用于捆綁晶種。圖5是制成的籽晶桿夾頭示意圖。
(c)若制成的籽晶桿夾頭一端沒有中心內(nèi)孔，而是一個(gè)平面202，如圖3所示?？梢韵葟淖丫U夾頭平面的一端截取一段長度為12毫米銥棒，采用線切割技術(shù)在其內(nèi)部切出一個(gè)內(nèi)徑為5毫米的通孔，則此段銥棒變成一個(gè)銥環(huán)，最后利用氧弧焊將銥環(huán)焊接在原來的平面上，也變成一個(gè)如圖5所示一端帶有中心內(nèi)孔的籽晶桿夾頭。
權(quán)利要求
1.一種籽晶桿夾頭的成型方法，用銥料制成的籽晶桿夾頭，是經(jīng)過制作夾頭模具、制作澆鑄模型、熔化銥料、澆鑄、脫模、退火和切割的過程。其特征在于具體的成型步驟是<1>制作含有基座(1)和夾頭模芯(2)的夾頭模具，其中基座(1)上，有一平面(101)在其中心位置有一固定中心螺孔(109)，基座(1)上與上述帶固定中心螺孔(109)的平面相背的平面(102)上均勻分布有20≥n≥1個(gè)固定模芯螺孔(103、104、105、106、107、108)，其中夾頭模芯(2)有20≥n≥1個(gè)，每個(gè)夾頭模芯(2)一端帶有與基座(1)上固定模芯螺孔(103、104、105、106、107、108)相配的螺紋頭(201)，夾頭模芯(2)另一端帶有中心內(nèi)孔(203)，或者是一平面(202)，夾頭模芯(2)是用帶有螺紋頭(201)的一端旋進(jìn)基座(1)上固定模芯螺孔(103、104、105、106、107、108)內(nèi)而固定在基座(1)上；構(gòu)成基座(1)和夾頭模芯(2)的材料是高純石墨，或者是石蠟；塞在夾頭模芯(2)一端的中心內(nèi)孔(203)里孔塞(3)是由高熔點(diǎn)的氧化鋯(ZrO2)晶體，或者是氧化鎂(MgO)晶體，或者是碳化硅(SiC)晶體制成；<2>制作鑄澆模型，首先將上述制作好的夾頭模具用基座(1)上的固定中心螺孔(109)固定在金屬模套內(nèi)，在夾頭模具與模套之間的所有空隙內(nèi)填滿致密的填充料，然后脫去模套，成為模胚；將模胚置于干燥處，讓其自然風(fēng)干4～7天，再將風(fēng)干后的模胚置于硅碳棒電阻爐內(nèi)燒結(jié)4～8天，待上述用高純石墨或石蠟制成的夾頭模具完全被燒掉，便制成所要求的澆鑄模型；所說的填充料是由氧化鎂粉加粘合劑構(gòu)成，其中氧化鎂(MgO)粉的粗細(xì)程度為按重量百分比20-30％的40目、20-30％的60目、60-40％的80目的比例混合，其中粘合劑是阿拉伯樹膠，或者是熟膠；<3>熔化銥料并澆鑄，首先用氧化鎂料制作一個(gè)熔化銥料的熔堝；然后將上述制作好的澆鑄模型及熔堝同時(shí)預(yù)熱，當(dāng)加熱至1250℃～1650℃時(shí)，將銥料放入熔堝里，待銥料全部熔化后，將熔化的銥料注入澆鑄模型內(nèi)成型；<4>將上述已注入銥液的澆鑄模型讓其自然冷卻至600℃～1200℃時(shí)，打碎脫去澆鑄模型后，放入水中急驟冷卻，然后切去基座(1)，便制成一個(gè)個(gè)籽晶桿夾頭，其中一端有中心內(nèi)孔(203)的孔內(nèi)還塞有孔塞(3)，將孔塞(3)打碎除去后，便留下了光滑的中心內(nèi)孔。
全文摘要
一種籽晶桿夾頭的成型方法,用銥料制成的籽晶桿夾頭是經(jīng)過制作夾頭模具、制作澆鑄模型、熔化銥料、澆鑄、脫模、退火和切割的過程。本發(fā)明的夾頭模具含有基座和夾頭模芯?；?0≥n≥1個(gè)模芯螺孔供20≥n≥1個(gè)夾頭模芯固定在基座上。夾頭模芯一端固定在基座上,另一端是帶有孔內(nèi)塞有孔塞的中心內(nèi)孔,或者是一平面?；蛫A頭模芯是采用高純石墨或石蠟制成,塞在中心孔內(nèi)的孔塞是用高熔點(diǎn)晶體制成。與在先技術(shù)相比,本發(fā)明同時(shí)最多可以制成20個(gè)籽晶桿夾頭,帶有中心孔內(nèi)的籽晶桿夾頭可以一次成型,同時(shí)內(nèi)孔和籽晶桿的同軸度好,內(nèi)孔表面光潔度高。適用生長多種晶體,降低了生產(chǎn)成本,適合批量生產(chǎn)。
文檔編號(hào)C30B15/32GK1362544SQ0113922
公開日2002年8月7日 申請(qǐng)日期2001年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月26日
發(fā)明者徐月泉, 殷根弟, 金偉民, 徐軍 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所