專利名稱：一種藍(lán)寶石原料的處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種藍(lán)寶石原料的處理方法，具體說(shuō)，是涉及一種利用冷坩堝熔煉技術(shù)處理藍(lán)寶石原料的方法。
背景技術(shù)：
冷坩堝熔煉技術(shù)，是將粉末原料放在緊接排列成圓杯狀的紫銅管內(nèi)，紫銅管置于感應(yīng)線圈內(nèi)，在線圈內(nèi)通高頻電流，產(chǎn)生交變電磁場(chǎng)，交變電磁場(chǎng)會(huì)在原料表面產(chǎn)生一個(gè)高頻渦流，渦流產(chǎn)生的焦耳熱使原料熔化，而外層紫銅管及底座通冷卻水帶走熱量，使外殼形成一層不熔的Al2O3硬殼，以消除坩堝對(duì)熔體的污染。目前泡生法生長(zhǎng)藍(lán)寶石所用的原料通常采用a-Al2O3粉料和火焰法生長(zhǎng)的晶塊料。火焰法的晶塊料不僅成本高·產(chǎn)量低，且尺寸很大，很難使其壓實(shí)，裝料時(shí)出現(xiàn)了大的空隙，通常需采用粉料或粉料的其他形態(tài)填充其間的空隙，而粉料及粉料制備出的壓塊料、顆粒料中所含雜質(zhì)在加熱過(guò)程中可能形成氣泡，以致影響藍(lán)寶石原料的成品率和質(zhì)量。藍(lán)寶石對(duì)原料純度的要求一般為6Ν以上，6Ν純度才能達(dá)到商用要求。因此，業(yè)界渴望研發(fā)一種高純度氧化鋁的處理方法，為生長(zhǎng)高純度藍(lán)寶石晶體提供可能。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問(wèn)題和需求，本發(fā)明的目的是提供一種藍(lán)寶石原料的處理方法，以滿足生長(zhǎng)高純度藍(lán)寶石晶體的要求。為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:一種藍(lán)寶石原料的處理方法，包括如下步驟:a)將氧化鋁粉放入坩堝中壓實(shí)，使其填滿坩堝10 20%的體積，然后用鋁片包覆氧化鋁粉；b)使環(huán)繞在坩堝壁周圍的感應(yīng)線圈與高頻發(fā)生器相連，然后啟動(dòng)高頻發(fā)生器，力口熱使鋁片熔化，以致氧化鋁粉開(kāi)始熔化，持續(xù)不斷地補(bǔ)充氧化鋁粉，保證加進(jìn)去的氧化鋁粉得到充分熔化，直到熔體高度略高于感應(yīng)線圈高度時(shí)停止加氧化鋁粉；c)保溫使完全熔融，然后啟動(dòng)下降系統(tǒng)，水冷坩堝，坩堝內(nèi)熔體慢慢離開(kāi)線圈，熔體開(kāi)始凝固結(jié)晶，最終形成多晶氧化鋁，機(jī)械切除其頂部雜質(zhì)富集部分，即獲得高純度高致密度氧化鋁多晶料。步驟a)中所用的鋁片與包覆的氧化鋁粉的質(zhì)量比推薦為0.03:1 0.045:1。所述的坩堝推薦為銅坩堝。所述的高頻發(fā)生器的功率推薦為100 500KW、頻率推薦為0.5 IOMHz。本發(fā)明采用三相交流電網(wǎng)供給，電壓380V，頻率50Hz。通過(guò)帶有感應(yīng)加熱功能的感應(yīng)線圈對(duì)需要熔融的粉料加熱、熔化、恒溫及定向凝固結(jié)晶。通過(guò)確定有多大量的原始粉料需要熔化，選擇坩堝的尺寸、發(fā)生器頻率、引燃金屬的重量以及感應(yīng)線圈與熔體表面位置等，以達(dá)到最佳的熱條件。
Al2O3粉熔融需要2323K左右，產(chǎn)生這樣高的溫度，最合適的加熱方法是利用高頻發(fā)生器產(chǎn)生的高頻電磁場(chǎng)加熱。但高頻電磁場(chǎng)只對(duì)導(dǎo)電體起作用，而Al2O3粉在常溫下是介電體，只有在熔融狀態(tài)下才轉(zhuǎn)變成導(dǎo)電體。只要在Al2O3粉中出現(xiàn)一個(gè)點(diǎn)的溫度超過(guò)2323K，因此在Al2O3粉末中加入一定量的金屬鋁片，金屬鋁的熔化過(guò)程的是借助吸收高頻場(chǎng)的能量完成的。高頻電磁場(chǎng)加熱金屬鋁達(dá)到熔化溫度，此溫度可使金屬鋁周圍的Al2O3粉超過(guò)2323K熔化而成導(dǎo)電體，這些Al2O3即刻被高頻電磁場(chǎng)加熱升溫而又使周圍的Al2O3粉成為導(dǎo)電體，由此就可以使所有的Al2O3粉被熔化。因氧化鋁粉中的主要雜質(zhì)元素為具有大偏析系數(shù)的K、Na、S1、Ca，因此，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用冷坩堝熔煉技術(shù)，利用單向凝固/偏析提純?cè)?，具有明顯效果，可獲得高純度高致密度氧化鋁多晶料，能滿足目前生長(zhǎng)大尺寸藍(lán)寶石晶體對(duì)原料的要求；并且處理方法簡(jiǎn)單易行、成本低，可規(guī)?；瘧?yīng)用。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)、完整地說(shuō)明。實(shí)施例1a)將8Kg的氧化鋁粉放入直徑為400mm的銅坩堝中壓實(shí)，使其填滿坩堝10 20%的體積，用250g的鋁片包覆氧化鋁粉；b)使環(huán)繞在坩堝壁周圍的感應(yīng)線圈與功率為500KW、工作在0.9MHz的高頻發(fā)生器相連，然后啟動(dòng)高頻發(fā)生器，加熱使鋁片熔化，以致氧化鋁粉開(kāi)始熔化，持續(xù)不斷地補(bǔ)充氧化鋁粉，保證加進(jìn)去的氧化鋁粉得到充分熔化，直到熔體高度略高于感應(yīng)線圈高度時(shí)停止加氧化招粉；c)保溫使完全熔融，然后啟動(dòng)下降系統(tǒng)，水冷坩堝，坩堝內(nèi)熔體慢慢離開(kāi)線圈，熔體開(kāi)始凝固結(jié)晶，最終形成多晶氧化鋁，機(jī)械切除其頂部雜質(zhì)富集部分，即獲得高純高致密氧化招多晶料。 經(jīng)分析得知，處理后的氧化鋁多晶料的純度> 99.996%，密度> 3.7g/cm3。實(shí)施例2a)將IOKg的氧化鋁粉放入直徑為500mm的銅坩堝中壓實(shí)，使其填滿坩堝10 20%的體積，用300g的鋁片包覆氧化鋁粉；b)使環(huán)繞在坩堝壁周圍的感應(yīng)線圈與功率為300KW、工作在1.2MHz的高頻發(fā)生器相連，然后啟動(dòng)高頻發(fā)生器，加熱使鋁片熔化，以致氧化鋁粉開(kāi)始熔化，持續(xù)不斷地補(bǔ)充氧化鋁粉，保證加進(jìn)去的氧化鋁粉得到充分熔化，直到熔體高度接近感應(yīng)線圈高度時(shí)停止加氧化招粉；c)保溫使完全熔融，然后啟動(dòng)下降系統(tǒng)，水冷坩堝，坩堝內(nèi)熔體慢慢離開(kāi)線圈，熔體開(kāi)始凝固結(jié)晶，最終形成多晶氧化鋁，機(jī)械切除其頂部雜質(zhì)富集部分，即獲得高純高致密氧化招多晶料。經(jīng)分析得知，處理后的氧化鋁多晶料的純度> 99.996%，密度> 3.7g/cm3。綜上所述可見(jiàn)，本發(fā)明采用冷坩堝熔煉技術(shù)，利用單向凝固/偏析提純?cè)恚哂忻黠@效果，可獲得高純度高致密度氧化鋁多晶料，能滿足目前生長(zhǎng)大尺寸藍(lán)寶石晶體對(duì)原料的要求；并且處理方法簡(jiǎn)單易行、成本低，可規(guī)模化應(yīng)用。
最后有必要在此指出的是:以上內(nèi)容只用于對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，不能理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范 圍的限制，本領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)上述內(nèi)容作出的一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種藍(lán)寶石原料的處理方法，其特征在于，包括如下步驟: a)將氧化鋁粉放入坩堝中壓實(shí)，使其填滿坩堝10 20%的體積，然后用鋁片包覆氧化招粉; b)使環(huán)繞在坩堝壁周圍的感應(yīng)線圈與高頻發(fā)生器相連，然后啟動(dòng)高頻發(fā)生器，加熱使鋁片熔化，以致氧化鋁粉開(kāi)始熔化，持續(xù)不斷地補(bǔ)充氧化鋁粉，保證加進(jìn)去的氧化鋁粉得到充分熔化，直到熔體高度略高于感應(yīng)線圈高度時(shí)停止加氧化鋁粉； c)保溫使完全熔融，然后啟動(dòng)下降系統(tǒng)，水冷坩堝，坩堝內(nèi)熔體慢慢離開(kāi)線圈，熔體開(kāi)始凝固結(jié)晶，最終形成多晶氧化鋁，機(jī)械切除其頂部雜質(zhì)富集部分，即獲得高純度高致密度氧化招多晶料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的藍(lán)寶石原料的處理方法，其特征在于:步驟a)中所用的鋁片與包覆的氧化鋁粉的質(zhì)量比為0.03: I 0.045: I。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的藍(lán)寶石原料的處理方法，其特征在于:所述的坩堝為銅坩堝。
4.根據(jù)權(quán)利要求1 所述的藍(lán)寶石原料的處理方法，其特征在于:所述的高頻發(fā)生器的功率為100 500KW、頻率0.5 IOMHz。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種藍(lán)寶石原料的處理方法，其包括如下步驟將氧化鋁粉放入坩堝中壓實(shí)，使其填滿坩堝10～20％的體積，然后用鋁片包覆氧化鋁粉；啟動(dòng)高頻發(fā)生器，加熱使鋁片熔化，以致氧化鋁粉開(kāi)始熔化，持續(xù)不斷地補(bǔ)充氧化鋁粉，保證加進(jìn)去的氧化鋁粉得到充分熔化，直到熔體高度略高于感應(yīng)線圈高度時(shí)停止加氧化鋁粉；保溫使完全熔融，然后啟動(dòng)下降系統(tǒng)，水冷坩堝，坩堝內(nèi)熔體慢慢離開(kāi)線圈，熔體開(kāi)始凝固結(jié)晶，最終形成多晶氧化鋁，機(jī)械切除其頂部雜質(zhì)富集部分。本發(fā)明可獲得高純度高致密度氧化鋁多晶料，能滿足目前生長(zhǎng)大尺寸藍(lán)寶石晶體對(duì)原料的要求；并且處理方法簡(jiǎn)單易行、成本低，可規(guī)模化應(yīng)用。
文檔編號(hào)C30B29/20GK103184518SQ201110443958
公開(kāi)日2013年7月3日 申請(qǐng)日期2011年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月27日
發(fā)明者李紅軍, 王嬌, 徐曉東, 錢小波, 徐軍 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所