一種焰熔法藍(lán)寶石燒結(jié)機(jī)的擴(kuò)氧裝置及其擴(kuò)氧方法
【專利說(shuō)明】一種焰熔法藍(lán)寶石燒結(jié)機(jī)的擴(kuò)氧裝置及其擴(kuò)氧方法
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及焰熔法藍(lán)寶石燒結(jié)技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種焰熔法藍(lán)寶石燒結(jié)機(jī)的擴(kuò)氧裝置及其擴(kuò)氧方法。
[0003]
【背景技術(shù)】
[0004]藍(lán)寶石因其具有優(yōu)良的機(jī)械性能、光學(xué)性能、化學(xué)穩(wěn)定性、耐磨損性、介電性能等，被廣泛應(yīng)用于軍事和民用領(lǐng)域中的優(yōu)良窗口材料、優(yōu)質(zhì)光學(xué)材料、耐磨軸承材料、熱絕緣體、熱電偶等。焰熔法燒結(jié)藍(lán)寶石生產(chǎn)率高，設(shè)備較簡(jiǎn)單，適用于工業(yè)化生產(chǎn)，可生長(zhǎng)大尺寸、高熔點(diǎn)的寶石晶體。焰熔法燒結(jié)藍(lán)寶石是指γ -AhO3粉末在通過(guò)氧氣與氫氣燃燒形成的高溫火焰后熔化，熔滴下落冷卻在結(jié)晶桿上，逐漸固結(jié)生長(zhǎng)成晶體。焰熔法藍(lán)寶石燒結(jié)機(jī)是一種利用焰熔法燒結(jié)藍(lán)寶石的燒結(jié)設(shè)備。
[0005]焰熔法藍(lán)寶石燒結(jié)機(jī)爐膛內(nèi)的氫氧焰溫度的高低主要是由氧氣的流量來(lái)決定的，因此氧氣量的波動(dòng)直接影響爐膛內(nèi)溫度場(chǎng)的穩(wěn)定性。接種后的晶體擴(kuò)大階段，需要緩慢地增加氧氣流量，火焰溫度逐漸升高，晶體擴(kuò)大，如果氧氣流量增加過(guò)快，則會(huì)出現(xiàn)晶體過(guò)熔或其他缺陷；晶體均勻生長(zhǎng)階段，氧氣流量基本保持穩(wěn)定不變；晶體縮頸階段，緩慢降低氧氣流量，火焰溫度下降，晶體收縮，如果氧氣流量下降過(guò)快，晶體內(nèi)形成不熔物、云層等缺陷。由此可見(jiàn)在晶體的整個(gè)生長(zhǎng)過(guò)程中，氧氣流量在不同階段需要進(jìn)行相應(yīng)調(diào)節(jié)，其中，晶體擴(kuò)大階段是寶石燒結(jié)的關(guān)鍵階段。目前，國(guó)內(nèi)焰熔法藍(lán)寶石燒結(jié)擴(kuò)氧技術(shù)主要采用的方法是人工手動(dòng)調(diào)節(jié)閥門(mén)、水壓自動(dòng)擴(kuò)大裝置等，人工手動(dòng)調(diào)節(jié)生產(chǎn)效率低、調(diào)節(jié)難度大、易出現(xiàn)誤操作；而水壓自動(dòng)擴(kuò)大裝置雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是操作不方便，不易量化，自動(dòng)化程度不高，由于車(chē)間溫度高，穩(wěn)壓瓶?jī)?nèi)的水分易蒸發(fā)，而國(guó)外一般都采用機(jī)械裝置實(shí)現(xiàn)擴(kuò)氧。
[0006]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種焰熔法藍(lán)寶石燒結(jié)機(jī)的擴(kuò)氧裝置及其擴(kuò)氧方法，能夠緩慢地?cái)U(kuò)大或縮小氧氣流量，可通過(guò)觀察刻度數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)氧氣流量值，氧氣氣流穩(wěn)定，能夠保證晶體生長(zhǎng)的質(zhì)量，操作方便，機(jī)械自動(dòng)化程度高。
[0008]本發(fā)明的技術(shù)方案為:
一種焰熔法藍(lán)寶石燒結(jié)機(jī)的擴(kuò)氧裝置，包括擴(kuò)氧機(jī)座、固定在擴(kuò)氧機(jī)座的前后面上且與擴(kuò)氧機(jī)座的兩個(gè)側(cè)壁構(gòu)成密封腔體的前面板和后面板、設(shè)置在密封腔體內(nèi)的螺桿、U型卡塊、螺套塊和接觸開(kāi)關(guān)壓塊、設(shè)置在擴(kuò)氧機(jī)座的錐桿孔內(nèi)的錐桿、設(shè)置在擴(kuò)氧機(jī)座的其中一個(gè)側(cè)壁上且上下分布的兩個(gè)微動(dòng)開(kāi)關(guān)、設(shè)置在螺套塊的兩側(cè)凹槽內(nèi)且與擴(kuò)氧機(jī)座的兩個(gè)側(cè)壁點(diǎn)接觸的鋼珠、固定在擴(kuò)氧機(jī)座上的第二電機(jī)減速器、與第二電機(jī)減速器通過(guò)第一電機(jī)減速器連接的電機(jī)以及與擴(kuò)氧機(jī)座的氧氣通道的輸入/輸出端螺紋連接的外螺紋接頭； 所述螺桿的首端與第二電機(jī)減速器的輸出軸緊定連接，所述螺桿的尾端穿過(guò)螺套塊的螺紋孔插入錐桿的T型首端的盲孔，所述U型卡塊插入螺桿的凹槽內(nèi)且固定在擴(kuò)氧機(jī)座上，所述螺套塊與螺桿螺紋連接，所述錐桿的T型首端緊壓在接觸開(kāi)關(guān)壓塊的通孔處的臺(tái)階上，所述螺套塊、接觸開(kāi)關(guān)壓塊和錐桿通過(guò)螺釘固定為一體；
在所述電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，所述螺桿與螺套塊構(gòu)成螺旋副結(jié)構(gòu)，所述螺套塊通過(guò)鋼珠的滾動(dòng)實(shí)現(xiàn)軸向移動(dòng)，帶動(dòng)錐桿在擴(kuò)氧機(jī)座的錐桿孔內(nèi)軸向移動(dòng)，所述錐桿的軸向移動(dòng)改變擴(kuò)氧機(jī)座的氧氣通道與錐桿的尾端之間的間隙大小，氧氣流量大小隨之發(fā)生改變；當(dāng)所述接觸開(kāi)關(guān)壓塊接觸到微動(dòng)開(kāi)關(guān)時(shí)，所述電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn);所述前面板采用透明材質(zhì)制備，其上設(shè)有刻度量程，所述接觸開(kāi)關(guān)壓塊正對(duì)前面板的一側(cè)設(shè)有用于指示前面板上的刻度值的三角凹槽。
[0009]所述的焰熔法藍(lán)寶石燒結(jié)機(jī)的擴(kuò)氧裝置，所述螺桿的首端與第二電機(jī)減速器的輸出軸通過(guò)開(kāi)槽平端緊定螺釘緊定連接。
[0010]所述的焰熔法藍(lán)寶石燒結(jié)機(jī)的擴(kuò)氧裝置，所述錐桿與擴(kuò)氧機(jī)座的錐桿孔之間采用O型橡膠圈密封。
[0011 ]所述的焰熔法藍(lán)寶石燒結(jié)機(jī)的擴(kuò)氧裝置，所述螺桿上的螺紋為細(xì)牙M12 X I。
[0012]所述的焰熔法藍(lán)寶石燒結(jié)機(jī)的擴(kuò)氧裝置，所述錐桿的尾端錐度有1°、2°、3°三種，所述錐桿的軸向移動(dòng)速度為lmm/min。
[0013]所述的焰熔法藍(lán)寶石燒結(jié)機(jī)的擴(kuò)氧裝置，所述鋼珠由不銹鋼材質(zhì)制備，所述鋼珠共有四個(gè)，對(duì)稱分布在螺套塊的兩側(cè)凹槽內(nèi)。
[0014]所述的焰熔法藍(lán)寶石燒結(jié)機(jī)的擴(kuò)氧裝置，所述前面板上的刻度量程為黑色，量程范圍為O?40mm，每格表示1mm，所述接觸開(kāi)關(guān)壓塊上的三角凹槽內(nèi)涂滿白色油漆。
[0015]所述的焰熔法藍(lán)寶石燒結(jié)機(jī)的擴(kuò)氧裝置，所述外螺紋接頭與擴(kuò)氧機(jī)座的氧氣通道的輸入/輸出端之間采用生膠帶密封加固。
[0016]所述的焰熔法藍(lán)寶石燒結(jié)機(jī)的擴(kuò)氧裝置，所述電機(jī)的控制輸入端連接變頻器的輸出端。
[0017]所述的一種焰熔法藍(lán)寶石燒結(jié)機(jī)的擴(kuò)氧裝置的擴(kuò)氧方法，包括以下步驟:
a、點(diǎn)火階段，先打開(kāi)雙聯(lián)閥門(mén)，再打開(kāi)氫氣截止閥，在燃燒室內(nèi)用明火點(diǎn)燃?xì)錃夂蟠蜷_(kāi)氧氣截止閥，并將氧氣流量調(diào)整到4?6m3/小時(shí)；
b、熔種階段，調(diào)整氫氣流量，爐膛內(nèi)溫度達(dá)到熔晶溫度2050°C時(shí)開(kāi)啟擴(kuò)氧裝置，緩慢增大氧氣流量，直至晶種上部熔為半球狀熔體；
接種擴(kuò)大階段，開(kāi)啟擴(kuò)氧裝置，氧氣流量在20?30分鐘內(nèi)由6?Sm3/小時(shí)緩慢平穩(wěn)增加到10?12m3/小時(shí)，晶體直徑逐漸擴(kuò)大；
所述熔種階段與接種擴(kuò)大階段均開(kāi)啟擴(kuò)氧裝置的正轉(zhuǎn)按鈕，電機(jī)的輸出軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)螺桿逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，螺套塊與螺桿相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，螺套塊通過(guò)鋼珠的滾動(dòng)軸向向上移動(dòng)，帶動(dòng)錐桿在擴(kuò)氧機(jī)座的錐桿孔內(nèi)軸向向上移動(dòng)，擴(kuò)氧機(jī)座的氧氣通道與錐桿的尾端之間的間隙變大，氧氣流量變大；
C、均勻生長(zhǎng)階段，在接種擴(kuò)大階段末期開(kāi)啟電機(jī)的停止按鈕，氧氣流量固定在10?12m3/小時(shí)，記錄擴(kuò)氧機(jī)座的前面板上的刻度值，進(jìn)入均勻生長(zhǎng)階段，晶體在高溫爐膛內(nèi)均勻生長(zhǎng)出來(lái)，擴(kuò)氧裝置不運(yùn)轉(zhuǎn)； d、縮頸階段，均勻生長(zhǎng)階段末期開(kāi)啟擴(kuò)氧裝置的反轉(zhuǎn)按鈕，電機(jī)的輸出軸順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)螺桿順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，螺套塊與螺桿相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，螺套塊通過(guò)鋼珠的滾動(dòng)軸向向下移動(dòng)，帶動(dòng)錐桿在擴(kuò)氧機(jī)座的錐桿孔內(nèi)軸向向下移動(dòng)，擴(kuò)氧機(jī)座的氧氣通道與錐桿的尾端之間的間隙變小，氧氣流量變小，晶體頂端直徑逐漸縮?。?br> e、關(guān)火階段，開(kāi)啟電機(jī)的停止按鈕，擴(kuò)氧裝置不運(yùn)轉(zhuǎn)，關(guān)閉雙聯(lián)閥門(mén)后再關(guān)閉氫氣截止閥和氧氣截止閥。
[0018]本發(fā)明的有益效果為:
(I)利用兩個(gè)電機(jī)減速器和螺旋副結(jié)構(gòu)將電機(jī)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為錐桿軸向移動(dòng)，同時(shí)大的減速比使得錐桿軸向移動(dòng)緩慢，在整個(gè)擴(kuò)氧調(diào)節(jié)過(guò)程中氣流平穩(wěn)增加，能夠保證晶體生長(zhǎng)的質(zhì)量。
[0019](2)可通過(guò)觀察前面板上的刻度數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)氧氣流量值，方便指導(dǎo)每次燒結(jié)時(shí)接種擴(kuò)大階段末期氧氣流量的控制。
[0020](3)本發(fā)明的擴(kuò)氧裝置中使用微動(dòng)開(kāi)關(guān)，避免了螺套塊過(guò)載運(yùn)動(dòng)，安全可靠，靈敏度高;設(shè)計(jì)了幾種錐度的錐桿，適用于不同直徑藍(lán)寶石晶體的燒結(jié)。
[0021](4)本發(fā)明的擴(kuò)氧裝置操作方便，機(jī)械自動(dòng)化程度高，利用本發(fā)明的擴(kuò)氧工藝能夠生長(zhǎng)出大尺寸、尚恪點(diǎn)、尚品質(zhì)的監(jiān)寶石晶體。
[0022]
【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意主視圖；
圖2是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意左視圖；
圖3是圖2的I部放大圖；
圖4是本發(fā)明的錐桿結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。
[0026]如圖1?圖3所示，一種焰熔法藍(lán)寶石燒結(jié)機(jī)的擴(kuò)氧裝置，包括擴(kuò)氧機(jī)座1、前面板
2、后面板3、螺桿4、U型卡塊5、螺套塊6、接觸開(kāi)關(guān)壓塊7、錐桿8、微動(dòng)開(kāi)關(guān)9、鋼珠10、第二電機(jī)減速器U、第一電機(jī)減速器12、電機(jī)13、外螺紋接頭14、開(kāi)槽平端緊定螺釘15和O型橡膠圈16。
[0027]前面板2和后面板3分別固定在擴(kuò)氧機(jī)座I的前后面上且與擴(kuò)氧機(jī)座I的兩個(gè)側(cè)壁構(gòu)成密封腔體，螺桿4、U型卡塊5、螺套塊6和接觸開(kāi)關(guān)壓塊7均設(shè)置在該密封腔體內(nèi)。錐桿8設(shè)置在擴(kuò)氧機(jī)座I的錐桿孔內(nèi)。微動(dòng)開(kāi)關(guān)9有兩個(gè)，設(shè)置在擴(kuò)氧機(jī)座I的其中一個(gè)側(cè)壁上且上下分布。鋼珠10采用不銹鋼材質(zhì)制備，共有四個(gè)，對(duì)稱分布在螺套塊6的兩側(cè)凹槽內(nèi)且與擴(kuò)氧機(jī)座I的兩個(gè)側(cè)壁點(diǎn)接觸。第二電機(jī)減速器11固定在擴(kuò)氧機(jī)座I上，電機(jī)13通過(guò)第一電機(jī)減速器12與第二電機(jī)減速器11連接，大傳動(dòng)比使得第二電機(jī)減速器11的輸出軸轉(zhuǎn)速低。
[0028]螺桿4上的螺紋為細(xì)牙M12XI，螺桿4的首端與第二電機(jī)減速器11的輸出軸通過(guò)開(kāi)槽平端緊定螺釘15緊定連接，螺桿4的尾端穿過(guò)螺套塊6的螺紋孔插入錐桿8的T型首端的盲孔。開(kāi)槽平端緊定螺釘15保證螺桿4與第二電機(jī)減速器11的輸出軸一起軸向轉(zhuǎn)動(dòng)。U型卡塊5插入螺桿4的凹槽內(nèi)且固定在擴(kuò)氧機(jī)座I上，對(duì)螺桿4在密封腔體內(nèi)的位置進(jìn)行定位，同時(shí)防止螺桿4軸向竄動(dòng)。螺套塊6與螺桿4螺紋連接。
[0029]錐桿8的T型首端緊壓在接觸開(kāi)關(guān)壓塊7的通孔處的臺(tái)階上，螺套塊6和接觸開(kāi)關(guān)壓塊7將錐桿8的T型首端壓緊在中間，螺釘將三者連接固定為一體。錐桿8與擴(kuò)氧機(jī)座I的錐桿孔之間采用O型橡膠圈16密封，防止氧氣泄露。擴(kuò)氧機(jī)座I的氧氣通道的輸入/輸出端與外螺紋接頭16螺紋連接并采用生膠帶密封加固。前面板2采用透明有機(jī)玻璃材質(zhì)制備，其上設(shè)有黑色的刻度量程，量程范圍為O?40mm，每小格表不1mm。接觸開(kāi)關(guān)壓塊7正對(duì)前面板2的一側(cè)三角凹槽，三角凹槽內(nèi)涂滿白色油漆，便于觀察刻度值，讀出錐桿8的軸向移動(dòng)距離。
[0030]在電機(jī)13運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，螺桿4與螺套塊6構(gòu)成螺旋副結(jié)構(gòu)，相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，鋼珠10在螺套塊6的兩側(cè)凹槽面、擴(kuò)氧機(jī)座I的兩個(gè)側(cè)壁面上滾動(dòng)，與擴(kuò)氧機(jī)座I的兩個(gè)側(cè)壁面點(diǎn)接觸，阻止螺套塊6的轉(zhuǎn)動(dòng)，螺套塊6只能通過(guò)鋼珠10的滾動(dòng)實(shí)現(xiàn)