一種易碎裂大尺寸單晶切割固定設備及其工作方法
2023-04-26 01:38:11
專利名稱：一種易碎裂大尺寸單晶切割固定設備及其工作方法
技術領域：
本發明涉及一種易碎裂大尺寸單晶切割固定設備及其工作方法，屬於單晶材料加工技術領域。
背景技術：
核聚變有可能為人類提供幾乎是取之不盡用之不竭的清潔能源，是科學家長期探索的領域。與核裂變依靠原子核分裂釋放能量不同，聚變由較輕原子核聚合成較重原子核釋放能量，常見的是由氫的同位素氘與氚聚合成氦釋放能量。與核裂變相比，核聚變能儲量更豐富，幾乎用之不竭，且乾淨安全。當星體內部存在巨大壓力，核聚變能在約1000萬攝氏度的高溫下完成；在壓力小很多的地球，核聚變所需溫度達到1億攝氏度。「點火裝置」將通過匯聚大功率雷射束實現這一高溫。超大雷射器的建成首先將確保無需地下核試驗的情況下保證核武庫的持續可靠性，其次把和平利用核聚變能源的物理學理論轉變為工程實際， 是科學家夢寐以求的目標。相關研究被稱為慣性約束核聚變(ICF)工程，目前世界大國皆投巨資研究受控核聚變裝置，這是一項體現綜合國力的重大工程。在ICF工程中，大尺寸優質KDP (磷酸二氫鉀)及DKDP (磷酸二氘鉀)晶體是高功率雷射驅動器中倍頻器件和電光器件不可替代的關鍵材料。多年來，西方國家為阻礙我國重要工程和雷射武器的發展進程， 對大尺寸KDP晶體實施技術封鎖和產品禁運。近年來，隨著我國核爆模擬技術的發展，對KDP/DKDP (磷酸二氘鉀)晶體成型坯片質量要求越來越高，成型坯片尺寸要求越來越大，對口徑的要求已由「十五」 330mmX 330mm 擴展「i^一五」420mmX420mm。而且由於切割I類倍頻420mmX420mm 口徑KDP晶體坯片需要550mmX550mm尺寸左右的晶體才能完成，如此超大尺寸的晶體生長、前期加工工藝參數與原有尺寸晶體生長有很大差異，晶體在生長、搬運和加工過程中極易碎裂，獲得合格元件難度很大。所以針對大尺寸KDP晶體的粗加工研究不僅具有重要的實際和重大的政治意義，而且迫在眉睫。由於ICF工程的需要，我國從「七五」起即將KDP/DKDP晶體生長技術研究列入國家「863」高技術計劃。山東大學得到持續資助從事大口徑KDP(DKDP)生長和加工研究，在大尺寸KDP晶體生長工藝完善和DKDP晶體生長工藝探索以及前期加工設備研製、工藝完善等進行了大量工作，技術上獲得了較大突破，晶體生長方法和技術已申請三項發明專利，其中兩項已授權。KDP晶體生長周期長(12-18個月)，難度大。由於晶體本身各向異性的特點，生長過程中晶體極易開裂，成功率較低；又由於晶體本身應力較大，成型坯片和整個晶體都可能由於在晶體切割加工過程中晶體的固定方式、刀具運轉參數、室內溫差變化等因素，造成晶體災難性碎裂。難度最大的是I、II類成型坯片的切割，其中切割I類坯片，需要晶體的尺寸為坯片尺寸的1. 25倍，如I類坯片尺寸為420mm，則需要單晶體尺寸為530mm。2006-2007年我們利用聯合研製的大口徑水溶性晶體切割機，通過幾種特別的固定方式，配合其他優化工藝參數成功切割加工多塊大口徑晶體，並為國家工程提供330mmX330mm-420mmX420mm大口徑I、II類成型坯片近50片，是國家「0902」重大工程使用KDP晶體坯片主要的供貨單位。由於該晶體使用的特殊性和重要性，相關技術和方法國外難見任何報導。
發明內容
針對大口徑晶體切割加工過程中，晶體本身和成型坯片易碎裂以及成型坯片定向精度容易偏離等問題，本發明提供一種易碎裂大尺寸單晶切割固定設備及其工作方法。本發明是由以下技術方案實現的一種易碎裂大尺寸單晶切割固定設備，包括切割機載物臺、磁力器、鋼板和螺杆， 在磁力器一側固定一塊鋼板，鋼板與磁力器互相垂直，鋼板上均勻設置6-12個螺杆；切割固定設備固定在切割機載物臺上，磁力器底面與切割機載物臺緊密、固定接觸。所述的切割機載物臺上設有放置待切割晶體的墊板，墊板上設置3_5mm橡皮軟墊或10-30mm泡綿。所述的鋼板厚度為5-10mm，高度為250_400mm，寬度為10_250mm。一種易碎裂大尺寸單晶切割固定設備的工作方法如下1)將待切割晶體放置在墊板上，再將待切割晶體與墊板一起放置在切割機載物臺上；2)將切割固定設備固定在切割機載物臺上，並位於待切割晶體兩側；3)調節切割固定設備上的螺杆，通過螺杆調整好晶體角度並使晶體固定；4)在待切割晶體將要切割的一端設置擋板，以防止切割完成的坯片傾倒、破碎；5)在待切割晶體最容易碎裂的上下邊沿處設置防破碎粘條；6)開始切割。其中步驟幻所述的防破碎粘條為有機玻璃條或玻璃條或鋼鋸條中的一或兩種或三種。剛切割下的晶體坯片尺寸較大，厚度較薄，I類420mm成型坯片切割時，一般口徑大於420mmX700mm，厚度為15mm左右；II類420mm成型坯片切割時，一般口徑大於 450mmX 450mm，厚度為15mm左右；坯片加工過程中，大晶體和坯片都容易碎裂，造成災難性後果。每片切割前，在晶片最容易碎裂的上下邊不影響成型坯片的地方，膠貼有機玻璃條， 或玻璃條，或鋼鋸條等(圖5所示)，增強晶片強度可以有效地防止晶片碎裂，待整型時，將無用部分切除。本發明通過多次實驗，自製晶體固定設備，並確定出了安全可行的切割方法。
圖1是KDP/DKDP晶體I類成型坯片的空間方向定義圖。圖2是KDP/DKDP晶體II類成型坯片的空間方向定義圖。圖3是單晶切割固定設備結構示意圖。圖4是晶體固定裝置使用示意圖。圖5是晶體切割過程防止晶體毛坯坯片碎裂方法示意圖。其中，1、待切割晶體毛坯，2、切割成型的晶體坯片，3、防破碎粘條。
具體實施例方式實施例1 一種易碎裂大尺寸單晶切割固定設備，包括磁力器、鋼板和螺杆，在磁力器一側固定一塊鋼板，鋼板與磁力器互相垂直，鋼板上均勻設置6-12個螺杆；將切割固定設備固定在切割機載物臺上，磁力器底面與切割機載物臺緊密固定接觸。所述的切割機載物臺上設有放置待切割晶體的墊板，墊板上設置3mm橡皮軟墊。所述的鋼板厚度為5mm，高度為250mm，寬度為10mm。一種易碎裂大尺寸單晶切割固定設備的工作方法，工作方法如下1)將待切割晶體放置在墊板上，再將待切割晶體與墊板一起放置在切割機載物臺上；2)將切割固定設備固定在切割機載物臺上並位於待切割晶體兩側；3)調節切割固定設備上的螺杆，通過螺杆調整好晶體角度並使晶體固定；4)在待切割晶體將要切割的一端設置擋板，以防止切割完成的坯片傾倒、破碎；5)在待切割晶體最容易碎裂的上下邊沿處設置防破碎粘條；6)開始切割。步驟幻所述的防破碎粘條為有機玻璃條。實施例2 單晶切割固定設備和晶切割固定設備的工作方法與實施例1相同，不同的是單晶切割固定設備的載物臺上設有放置待切割晶體的墊板，墊板上設置4mm橡皮軟墊。所述的鋼板厚度為8mm，高度為300mm，寬度為100mm。方法的步驟幻所述的防破碎粘條為有機玻璃條和玻璃條共用。實施例3 單晶切割固定設備和晶切割固定設備的工作方法與實施例1相同，不同的是單晶切割固定設備的載物臺上設有放置待切割晶體的墊板，墊板上設置5mm橡皮軟墊。所述的鋼板厚度為10mm，高度為400mm，寬度為250mm。方法的步驟幻所述的防破碎粘條為有機玻璃條和鋼鋸條共用。實施例4 單晶切割固定設備和晶切割固定設備的工作方法與實施例1相同，不同的是單晶切割固定設備的載物臺上設有放置待切割晶體的墊板，墊板上設置20mm泡綿。方法的步驟幻所述的防破碎粘條為有機玻璃條、玻璃條和鋼鋸條共用。
權利要求
1.一種易碎裂大尺寸單晶切割固定設備，包括切割機載物臺、磁力器、鋼板和螺杆，其特徵在於，在磁力器一側固定一塊鋼板，鋼板與磁力器互相垂直，鋼板上均勻設置6-12個螺杆；切割固定設備固定在切割機載物臺上，磁力器底面與切割機載物臺緊密、固定接觸。
2.如權利要求1所述的一種易碎裂大尺寸單晶切割固定設備，其特徵在於，所述的切割機載物臺上設有放置待切割晶體的墊板，墊板上設置3-5mm橡皮軟墊或10_30mm泡綿。
3.如權利要求1所述的一種易碎裂大尺寸單晶切割固定設備，其特徵在於，所述的鋼板厚度為5-10mm，高度為250-400mm，寬度為10_250mm。
4.一種易碎裂大尺寸單晶切割固定設備的工作方法，其特徵在於，工作方法如下1)將待切割晶體放置在墊板上，再將待切割晶體與墊板一起放置在切割機載物臺上；2)將切割固定設備固定在切割機載物臺上，並位於待切割晶體兩側；3)調節切割固定設備上的螺杆，通過螺杆調整好晶體角度並使晶體固定；4)在待切割晶體將要切割的一端設置擋板，以防止切割完成的坯片傾倒、破碎；5)在待切割晶體最容易碎裂的上下邊沿處設置防破碎粘條；6)開始切割；其中步驟幻所述的防破碎粘條為有機玻璃條或玻璃條或鋼鋸條中的一或兩種或三種。
全文摘要
一種易碎裂大尺寸單晶切割固定設備及其工作方法，屬於單晶材料加工技術領域。切割固定設備利用磁力器研製而成；防止成型碎裂的方法是切割前，將待切割晶體放置在相對恆溫的切割機室內，室內晝夜溫差為±1℃，放置7-10天；將待切割晶體放在墊板上，將切割固定設備固定在切割機載物臺上，使墊板固定；利用切割固定設備上的螺杆多點或小接觸面接觸晶體，使晶體固定，調整好晶體角度；在待切割成型坯片一端設置橡膠墊和擋板，擋板固定在載物臺上，在待切割成型坯片最容易碎裂的上下邊沿不影響坯片成型處，膠貼有機玻璃條、玻璃條或鋼鋸條；切割完成的成型坯片安全取出，將無用部分切除。本發明有效解決了晶體切割前的固定和成型坯片易碎裂的問題。
文檔編號B28D5/00GK102229210SQ20111015907
公開日2011年11月2日 申請日期2011年6月14日 優先權日2011年6月14日
發明者孫洵, 李毅平, 王光林, 王聖來, 王正平, 許心光, 顧慶天, 齊開亮 申請人:山東大學