一种用于生长掺钕氟化钇锂的单晶炉的制作方法

本发明属于氟化钇锂晶体制备，具体涉及一种用于生长掺钕氟化钇锂的单晶炉。

背景技术：

1、nd:ylf晶体在当前的激光点火装置上起着重要的作用，扮演着一个极为关键的角色，是建立激光惯性约束核聚变点火装置所需的关键核心元器件之一。其中，nd:ylf为掺钕氟化钇锂的简称。

2、现有氟化钇锂的单晶炉采用高纯氩气、四氟化碳作为保护气。该气氛下，容易产生氢氟酸(氟酸)，低浓度的氢氟酸是一种弱酸，但是它却具有极强腐蚀性，能剧烈腐蚀金属。在不锈钢因焊接等原因而导致其敏化的情况下，氟离子会引起局部腐蚀，不锈钢处于温度范围为500℃～850℃的加热状态，并超过承受时间的情况下，会导致在不锈钢的结晶粒界处形成铬碳化物，而在粒界附近有形成缺铬层的现象。单晶炉使用周期、重复升温降温，导致加快单晶炉焊接处裂隙漏水。现有生长氧化物的单晶炉，不锈钢炉膛没有针对生长氟化物晶体做防护，长期工作会进一步缩短炉膛使用寿命。nd:ylf原料昂贵，炉膛发生漏水，原料和保温材料就会被污染而废弃，引发巨大经济损失。

技术实现思路

1、本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种用于生长掺钕氟化钇锂的单晶炉，该单晶炉的炉膛具有防氟特性，避免炉膛内部出现漏液现象，降低掺钕氟化钇锂晶体受到污染的风险。

2、本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

3、一种用于生长掺钕氟化钇锂的单晶炉，包括炉本体和设置在炉本体内部的坩埚和用于加热坩埚的温度调节系统，所述坩埚用于盛装所述掺钕氟化钇锂的原料，所述炉本体顶部设有用于提拉所述掺钕氟化钇锂的提拉系统，所述炉本体侧壁上设有液冷系统和漏液检测系统，且炉本体的炉膛表面设有防氟涂层。晶体生长过程中，通过温度调节系统将坩埚中的掺钕氟化钇锂原料加热至熔融态，提拉系统将输出端伸入坩埚内旋转并向上提拉，以使掺钕氟化钇锂原料在提拉系统输出端下方不断生长。通过液冷系统对炉本体进行降温，使炉本体的炉膛内温场分布合理，通过在炉膛内设置防氟涂层，防止炉本体和炉本体之中的液冷系统受到含氟保护气的侵蚀，避免因炉膛漏液，而污染掺钕氟化钇锂原料及保温材料，漏液检测系统用于检测炉膛漏液情况，当漏液检测系统检测到炉膛漏液时，向电脑端或工作人员随身携带的移动终端发送警报，提醒工作人员前来排除故障。

4、作为本发明的进一步优化方案，所述防氟涂层分为第一涂层和第二涂层，所述第一涂层和第二涂层的材质均为环氧树脂或均为聚四氟乙烯，所述炉本体内侧顶部设有隔热板。

5、作为本发明的进一步优化方案，所述炉本体包括内炉体和外炉体，所述液冷系统包括水泵、与水泵连通的水箱，以及两端分别与水泵和水箱连通的液冷管，所述液冷管盘绕于内炉体与外炉体之间。

6、作为本发明的进一步优化方案，所述漏液检测系统包括设置在防氟涂层表面的环状吸水部件、与吸水部件相连的第一电极和第二电极，以及控制器，所述吸水部件用于吸收液冷系统外漏的冷却液，以使第一电极与第二电极导通，所述控制器用于检测第一电极与第二电极的导通状况。

7、作为本发明的进一步优化方案，所述水箱出水口设有电磁阀，且液冷管通过电磁阀与水箱出水口连通，当控制器检测到第一电极与第二电极导通时，电磁阀关闭。

8、作为本发明的进一步优化方案，所述漏液检测系统还包括内导电环和外导电环，所述第一电极沿内导电环周向设置有多个，所述第二电极沿外导电环周向设置有多个，所述控制器分别通过内导电环和外导电环与第一电极和第二电极电性连接。

9、作为本发明的进一步优化方案，所述液冷系统还包括设置在水泵出水口与水箱进水口之间的散热管，且水箱上设有散热器和风扇，所述散热管的中部迂回设置在散热器上。

10、作为本发明的进一步优化方案，所述炉本体一侧设有给排气管，所述给排气管连接有真空系统。

11、作为本发明的进一步优化方案，所述给排气管包括贯穿内炉体和外炉体的侧壁的侧管，所述侧管顶部设有进气口，且侧管端部设有排气口。

12、作为本发明的进一步优化方案，所述温度调节系统包括设置在坩埚外侧的感应线圈、设置在炉本体一侧的第一温度传感器、设置在侧管上的第二温度传感器和设置在侧管内部的加热部件。

13、本发明的有益效果在于：

14、1)本发明在氟化钇锂晶体生长过程中，采用环氧树脂、聚四氟乙烯等材料，在单晶炉的炉膛内设置防氟涂层，防止炉膛及液冷系统受到含氟保护气的侵蚀，防止因炉膛漏液而污染掺钕氟化钇锂原料及保温材料的状况；

15、2)本发明在炉膛内设置的防氟涂层分为第一涂层和第二涂层，每层涂层的厚度为4～6丝，双层的防氟涂层能够提高涂层本身的牢固度，以使防氟涂层不易剥落，该双层防氟涂层厚度适中，避免因涂层过厚导致导热性能的下降，以免对液冷系统构成干涉，由于单晶炉上方温度较高，在炉膛顶部设置隔热板，防止炉膛顶部的防氟涂层过热剥落；

16、3)本发明通过设置漏液检测系统，检测炉膛内是否存在漏液现象，若炉膛漏液，则提醒工作人员前来排故，同时关闭水箱出水口的电磁阀，并通过水泵将液冷管内的冷却液抽送至水箱之中；

17、4)本发明通过设置在炉本体及给排气管上的温度传感器，检测用于调节保护气氛及真空度的侧管处是否出现温度异常的状况，并通过侧管内的加热部件调节侧管温度，以使坩埚周围的温度梯度合理分布。

技术特征：

1.一种用于生长掺钕氟化钇锂的单晶炉，包括炉本体(1)和设置在炉本体(1)内部的坩埚(2)和用于加热坩埚(2)的温度调节系统(3)，所述坩埚(2)用于盛装所述掺钕氟化钇锂的原料，所述炉本体(1)顶部设有用于提拉所述掺钕氟化钇锂的提拉系统(4)，其特征在于：所述炉本体(1)侧壁上设有液冷系统(5)和漏液检测系统(6)，且炉本体(1)的炉膛表面设有防氟涂层(7)。

2.根据权利要求1所述的用于生长掺钕氟化钇锂的单晶炉，其特征在于：所述防氟涂层(7)分为第一涂层(71)和第二涂层(72)，所述第一涂层(71)和第二涂层(72)的材质均为环氧树脂或均为聚四氟乙烯，所述炉本体(1)内侧顶部设有隔热板(h)。

3.根据权利要求1所述的用于生长掺钕氟化钇锂的单晶炉，其特征在于：所述炉本体(1)包括内炉体(11)和外炉体(12)，所述液冷系统(5)包括水泵(51)、与水泵(51)连通的水箱(52)，以及两端分别与水泵(51)和水箱(52)连通的液冷管(53)，所述液冷管(53)盘绕于内炉体(11)与外炉体(12)之间。

4.根据权利要求3所述的用于生长掺钕氟化钇锂的单晶炉，其特征在于：所述漏液检测系统(6)包括设置在防氟涂层(7)表面的环状吸水部件(61)、与吸水部件(61)相连的第一电极(62)和第二电极(63)，以及控制器(64)，所述吸水部件(61)用于吸收液冷系统(5)外漏的冷却液，以使第一电极(62)与第二电极(63)导通，所述控制器(64)用于检测第一电极(62)与第二电极(63)的导通状况。

5.根据权利要求4所述的用于生长掺钕氟化钇锂的单晶炉，其特征在于：所述水箱(52)出水口设有电磁阀(54)，且液冷管(53)通过电磁阀(54)与水箱(52)出水口连通，当控制器(64)检测到第一电极(62)与第二电极(63)导通时，电磁阀(54)关闭。

6.根据权利要求5所述的用于生长掺钕氟化钇锂的单晶炉，其特征在于：所述漏液检测系统(6)还包括内导电环(65)和外导电环(66)，所述第一电极(62)沿内导电环(65)周向设置有多个，所述第二电极(63)沿外导电环(66)周向设置有多个，所述控制器(64)分别通过内导电环(65)和外导电环(66)与第一电极(62)和第二电极(63)电性连接。

7.根据权利要求5所述的用于生长掺钕氟化钇锂的单晶炉，其特征在于：所述液冷系统(5)还包括设置在水泵(51)出水口与水箱(52)进水口之间的散热管(55)，且水箱(52)上设有散热器(56)和风扇(57)，所述散热管(55)的中部迂回设置在散热器(56)上。

8.根据权利要求5所述的用于生长掺钕氟化钇锂的单晶炉，其特征在于：所述炉本体(1)一侧设有给排气管(8)，所述给排气管(8)连接有真空系统(9)。

9.根据权利要求5所述的用于生长掺钕氟化钇锂的单晶炉，其特征在于：所述给排气管(8)包括贯穿内炉体(11)和外炉体(12)的侧壁的侧管(81)，所述侧管(81)顶部设有进气口(82)，且侧管(81)端部设有排气口(83)。

10.根据权利要求9所述的用于生长掺钕氟化钇锂的单晶炉，其特征在于：所述温度调节系统(3)包括设置在坩埚(2)外侧的感应线圈(31)、设置在炉本体(1)一侧的第一温度传感器(32)、设置在侧管(81)上的第二温度传感器(33)和设置在侧管(81)内部的加热部件(34)。

技术总结
本发明涉及一种用于生长掺钕氟化钇锂的单晶炉，属于氟化钇锂晶体制备技术领域。该单晶炉包括炉本体和设置在炉本体内部的坩埚和用于加热坩埚的温度调节系统，所述坩埚用于盛装所述掺钕氟化钇锂的原料，所述炉本体顶部设有用于提拉所述掺钕氟化钇锂的提拉系统，所述炉本体侧壁上设有液冷系统和漏液检测系统，且炉本体的炉膛表面设有防氟涂层。本发明在氟化钇锂晶体生长过程中，采用环氧树脂、聚四氟乙烯等材料，在单晶炉的炉膛内设置防氟涂层，防止炉膛及液冷系统受到含氟保护气的侵蚀，防止因炉膛漏液而污染掺钕氟化钇锂原料及保温材料的状况。

技术研发人员：万文
受保护的技术使用者：安徽环巢光电科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/6/13