本實(shí)用新型涉及寶石晶體制備技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種制備寶石晶體的裝置。

背景技術(shù)：

自然界天然寶石種類繁多，包括紅寶石、藍(lán)寶石、純綠柱石、玉石、石榴石等等，這些寶石色澤艷麗，質(zhì)地堅(jiān)硬，是人們喜愛(ài)的寶石。民用市場(chǎng)量大、價(jià)格昂貴，但是天然寶石的資源量很少，不能滿足人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的需求，因此出現(xiàn)了人工合成上述寶石的技術(shù)。采用的技術(shù)主要有溶液法、水熱法、火焰法、助溶劑法等，但這些方法獲得的晶體毛坯較小，沒(méi)有實(shí)際的裝飾價(jià)值。后來(lái)又實(shí)用新型了提拉法，人們采用提拉法逐漸可以生長(zhǎng)出來(lái)較大尺寸的寶石晶體。

提拉法是通過(guò)感應(yīng)加熱，要經(jīng)過(guò)下種、縮頸、等徑等操作，操作繁瑣，且在生長(zhǎng)過(guò)程中固液界面處的溫度梯度較大，生長(zhǎng)界面過(guò)分的凸起，導(dǎo)致晶體內(nèi)部應(yīng)力較大以及缺陷較多，且無(wú)法生長(zhǎng)大尺寸晶體；寶石類晶體多數(shù)為高溫晶體，且提拉法多數(shù)采用貴金屬坩堝(如銥金坩堝)，生長(zhǎng)晶體過(guò)程中有大量的銥金損耗，成本代價(jià)較高。

坩堝下降法也可生長(zhǎng)較大尺寸的寶石晶體，但坩堝下降法同樣存在一定的缺陷，因?yàn)樵谯釄逑陆颠^(guò)程中不可避免的會(huì)通過(guò)傳動(dòng)裝置對(duì)坩堝帶來(lái)輕微震動(dòng)，這在晶體生長(zhǎng)過(guò)程中會(huì)對(duì)晶體帶來(lái)嚴(yán)重的缺陷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型主要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種制備寶石晶體的裝置，能夠生長(zhǎng)完整性好、無(wú)氣泡無(wú)包絡(luò)、尺寸大且成品率高的寶石晶體。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型采用的一個(gè)技術(shù)方案是：提供一種制備寶石晶體的裝置，所述裝置包括：坩堝子裝置和設(shè)置在所述坩堝子裝置外圍的保溫子裝置，所述坩堝子裝置用于提供寶石晶體的生長(zhǎng)場(chǎng)所，所述保溫子裝置相對(duì)于所述坩堝子裝置可上下移動(dòng)，以便于通過(guò)所述保溫子裝置的上下移動(dòng)，為所述寶石晶體的生長(zhǎng)提供可調(diào)節(jié)溫度梯度的溫區(qū)。

其中，所述保溫子裝置包括：電極、電極板、發(fā)熱體以及保溫屏，所述電極設(shè)置成可上下移動(dòng)，所述電極板設(shè)置在所述電極上，所述發(fā)熱體固定設(shè)置在所述電極板的頂部，所述保溫屏設(shè)置在所述發(fā)熱體的外圍，且與所述電極板絕緣，當(dāng)所述電極板隨著所述電極上下移動(dòng)時(shí)，所述發(fā)熱體和所述保溫屏可同時(shí)隨著所述電極板的上下移動(dòng)而上下移動(dòng)。

其中，所述電極為電極桿，所述電極板固定設(shè)置在所述電極桿的頂部，所述保溫子裝置還包括升降子裝置，所述升降子裝置設(shè)置在所述電極桿的底部。

其中，所述坩堝子裝置包括坩堝桿和設(shè)置在所述坩堝桿頂部的坩堝。

其中，所述坩堝子裝置還包括保溫套，所述保溫套包裹設(shè)置在所述坩堝和所述坩堝桿的外圍。

其中，所述坩堝桿內(nèi)設(shè)有冷卻水通道。

其中，所述保溫屏包括保溫屏側(cè)壁和保溫屏蓋，所述保溫屏蓋蓋于所述保溫屏側(cè)壁上，所述電極、電極板、發(fā)熱體以及保溫屏側(cè)壁均為橫截面為環(huán)形的柱體。

其中，所述坩堝子裝置的中心和所述保溫子裝置的中心保持一致。

其中，所述裝置還包括至少兩個(gè)熱電偶，其中，至少一個(gè)熱電偶設(shè)置在所述坩堝的底部，至少另一個(gè)熱電偶設(shè)置在所述保溫屏的最上端，以測(cè)量所述溫區(qū)上下兩端的溫度，進(jìn)而測(cè)量所述溫區(qū)上下兩端的溫度梯度。

其中，所述至少一個(gè)熱電偶設(shè)置在所述坩堝桿上，所述熱電偶的頭部朝向所述坩堝錐面的低端。

本實(shí)用新型的有益效果是：區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)的情況，本實(shí)用新型在用于提供寶石晶體生長(zhǎng)場(chǎng)所的坩堝子裝置外圍設(shè)置保溫子裝置，通過(guò)設(shè)置保溫子裝置相對(duì)于坩堝子裝置可上下移動(dòng)，在寶石晶體的生長(zhǎng)過(guò)程中，保持坩堝子裝置不動(dòng)，避免因坩堝移動(dòng)對(duì)寶石晶體所帶來(lái)的缺陷，從而能夠獲得生長(zhǎng)完整性好、無(wú)氣泡無(wú)包絡(luò)、尺寸大且成品率高的寶石晶體。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型一種制備寶石晶體的裝置一實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實(shí)用新型一種制備寶石晶體的裝置的坩堝子裝置一實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

如圖1和圖2，本實(shí)用新型實(shí)施方式的制備寶石晶體的裝置，包括坩堝子裝置200和設(shè)置在坩堝子裝置200外圍的保溫子裝置100，坩堝子裝置200用于提供寶石晶體的生長(zhǎng)場(chǎng)所，寶石晶體生長(zhǎng)原料放置在坩堝子裝置200中，在坩堝子裝置200中生長(zhǎng)形成寶石晶體，保溫子裝置100在坩堝子裝置200的外圍包圍坩堝子裝置200，當(dāng)寶石晶體在坩堝子裝置200中生長(zhǎng)時(shí)，保溫子裝置100起到保溫作用。

本實(shí)用新型實(shí)施方式中，寶石晶體在坩堝子裝置200中生長(zhǎng)時(shí)，保持坩堝子裝置200不動(dòng)，保溫子裝置100相對(duì)于坩堝子裝置200可上下移動(dòng)，以便于通過(guò)保溫子裝置100的上下移動(dòng)，為寶石晶體的生長(zhǎng)提供可調(diào)節(jié)溫度梯度的溫區(qū)；通過(guò)保溫子裝置100的上下移動(dòng)，調(diào)節(jié)溫區(qū)的溫度梯度。

本實(shí)用新型實(shí)施方式在用于提供寶石晶體生長(zhǎng)場(chǎng)所的坩堝子裝置200外圍設(shè)置保溫子裝置100，通過(guò)設(shè)置保溫子裝置100相對(duì)于坩堝子裝置200可上下移動(dòng)，在寶石晶體的生長(zhǎng)過(guò)程中，保持坩堝子裝置200不動(dòng)，避免因坩堝移動(dòng)對(duì)寶石晶體所帶來(lái)的缺陷，從而生長(zhǎng)完整性好、無(wú)氣泡無(wú)包絡(luò)、尺寸大且成品率高的寶石晶體。

其中，保溫子裝置100包括：電極130、電極板140、發(fā)熱體120以及保溫屏110，電極130設(shè)置成可上下移動(dòng)，電極板140設(shè)置在電極130上，并于電極130電性接觸，電極板140隨電極130而上下移動(dòng)，發(fā)熱體120固定設(shè)置在電極板140的頂部，并與電極板140電性接觸，電極130通過(guò)電極板140向發(fā)熱體120提供電能，使發(fā)熱體120發(fā)熱，從而為坩堝子裝置200中的寶石晶體生長(zhǎng)提供所需溫度。

保溫屏110設(shè)置在電極板140頂部，并位于發(fā)熱體120的外圍，且與電極板140絕緣，保溫屏110為發(fā)熱體120和坩堝子裝置200提供相對(duì)封閉的空間，以保證發(fā)熱體120產(chǎn)生的熱能盡可能少的損失。

電極130固定于電極板140的底部，發(fā)熱體120和保溫屏110固定與電極板140的頂部，使得整個(gè)保溫子裝置100隨著電極130的移動(dòng)而上下移動(dòng)，坩堝子裝置200設(shè)置于電極130、電極板140、發(fā)熱體120和保溫屏110之內(nèi)，并且不與保溫子裝置100接觸，當(dāng)電極板140隨著電極130上下移動(dòng)時(shí)，發(fā)熱體120和保溫屏110可同時(shí)隨著電極板140的上下移動(dòng)而上下移動(dòng)，這樣通過(guò)保溫子裝置100的上下移動(dòng)來(lái)調(diào)節(jié)溫區(qū)的溫度梯度。

其中，電極130為電極桿130，電極板140固定設(shè)置在電極桿130的頂部，保溫子裝置100還包括升降子裝置，升降子裝置設(shè)置在電極桿130的底部。通過(guò)升降子裝置驅(qū)動(dòng)電極桿130上下移動(dòng)。本實(shí)用新型實(shí)施方式的升降子裝置為本領(lǐng)域常用的升降裝置，例如通過(guò)電機(jī)控制的絲桿等。

其中，保溫屏110包括保溫屏側(cè)壁112和保溫屏蓋111，保溫屏蓋111蓋于保溫屏側(cè)壁112上，將保溫屏側(cè)壁112上端封閉，可以理解的，保溫屏蓋111可設(shè)置為可拆卸地蓋于保溫屏側(cè)壁112上，電極130、電極板140、發(fā)熱體120以及保溫屏側(cè)壁112均為橫截面為環(huán)形的柱體，將電極130、電極板140、發(fā)熱體120以及保溫屏側(cè)壁112設(shè)置成橫截面為環(huán)形，有利于控制保溫子裝置100內(nèi)部各處溫度的均勻性。

其中，坩堝子裝置200的中心和保溫子裝置100的中心保持一致。將生長(zhǎng)的寶石晶體放置于坩堝子裝置200的中心，通過(guò)設(shè)置坩堝子裝置200的中心和保溫子裝置100的中心保持一致，保證寶石晶體在生長(zhǎng)時(shí)，溫場(chǎng)各處溫度的均勻性和對(duì)稱性，從而保證寶石晶體各處生長(zhǎng)環(huán)境相同，進(jìn)而得到生長(zhǎng)完整性好、無(wú)氣泡無(wú)包絡(luò)的寶石晶體。

其中，坩堝子裝置200包括坩堝桿220和設(shè)置在坩堝桿220頂部的坩堝210。坩堝桿220用于穩(wěn)定支撐坩堝210，坩堝210包括腔體部分211、與腔體部分211下端連接的錐面部分212以及與錐面部分212下端連接的籽晶槽213部分，籽晶槽213部分用于放置籽晶。

本實(shí)用新型實(shí)施方式中，坩堝210的腔體部分211和籽晶槽213部分可以是橫截面為環(huán)形的柱體，錐面部分212的橫截面也可以是環(huán)形。保證寶石晶體在生長(zhǎng)時(shí)，各個(gè)方向溫度的均勻性和對(duì)稱性。

其中，坩堝子裝置200還包括保溫套214，保溫套214包裹設(shè)置在坩堝210和坩堝桿220的外圍。通過(guò)在坩堝和坩堝桿220的外圍包裹設(shè)置保溫套214，進(jìn)一步提高溫場(chǎng)的均勻性。

本實(shí)用新型實(shí)施方式中，保溫套214包裹坩堝的籽晶槽213部分和坩堝桿220的上端部分。

其中，坩堝桿220內(nèi)設(shè)有冷卻水通道221，通過(guò)冷卻水通道221向坩堝桿220內(nèi)提供流動(dòng)的冷卻水，這樣可防止坩堝桿220過(guò)熱而導(dǎo)致坩堝桿220損壞，同時(shí)可利用冷卻水冷卻坩堝桿220從而為溫區(qū)制造供寶石晶體生長(zhǎng)的溫度梯度。

其中，冷卻水通道221包括進(jìn)水通道2211和出水通道2212，進(jìn)水通道2211設(shè)置在坩堝桿220中心沿坩堝桿220長(zhǎng)度方向，出水通道2212環(huán)繞設(shè)置在坩堝桿220內(nèi)壁，進(jìn)水通道2211和出水通道2212在坩堝桿220頂部相連通。

其中，本實(shí)用新型實(shí)施方式的制備寶石晶體的裝置還包括至少兩個(gè)熱電偶401、402，用于測(cè)量溫區(qū)的溫度。

其中，至少一個(gè)底部熱電偶402設(shè)置在坩堝的底部，至少另一個(gè)頂部熱電偶401設(shè)置在保溫屏110的最上端，以測(cè)量溫區(qū)上下兩端的溫度，進(jìn)而測(cè)量溫區(qū)上下兩端的溫度梯度。

進(jìn)一步，至少一個(gè)頂部熱電偶401的頭部設(shè)置在保溫屏蓋111底部的中心位置，用于測(cè)量溫區(qū)頂部的溫度，至少一個(gè)底部熱電偶402固定在坩堝桿220上，并沿坩堝桿220延伸至保溫套214之上，使得該底部熱電偶的頭部位于在坩堝的錐面部分212的底端，用于測(cè)量溫區(qū)底部的溫度。

其中，本實(shí)用新型實(shí)施方式的制備寶石晶體的裝置還包括生長(zhǎng)爐300，坩堝子裝置200和保溫子裝置100密封設(shè)置于生長(zhǎng)爐300內(nèi)，通過(guò)將生長(zhǎng)爐300可為寶石晶體的生長(zhǎng)提供無(wú)干擾環(huán)境。

其中，本實(shí)用新型實(shí)施方式的制備寶石晶體的裝置還包括中央控制系統(tǒng)，通過(guò)中央控制系統(tǒng)，控制電極桿130的上下移動(dòng)以及發(fā)熱體120的升溫、降溫速率，從而為寶石晶體的生長(zhǎng)溫區(qū)提供合適的溫度梯度。

利用本實(shí)用新型實(shí)施方式的制備寶石晶體的裝置制備寶石晶體的步驟包括：

a.將籽晶放入坩堝子裝置的籽晶槽中，封閉并進(jìn)行抽真空；

將制備寶石晶體的原料用混料機(jī)充分混合后用等靜壓壓成餅狀，將籽晶放入坩堝的籽晶槽內(nèi)，將壓成餅狀的原料放入坩堝中，然后將坩堝置于坩堝桿的頂部中心處，在坩堝桿上固定底部的熱電偶，并且是熱電偶的頭部位于坩堝的錐面部分的底端，用保溫套將坩堝桿和坩堝包裹，然后將發(fā)熱體及保溫屏固定在電極板上，調(diào)整是保溫屏、加熱體的中心與坩堝的中心一致。

上述部件裝入生長(zhǎng)爐后，將生長(zhǎng)爐封閉，并將生長(zhǎng)爐抽真空，抽真空后根據(jù)寶石晶體生長(zhǎng)的需要，向生長(zhǎng)爐內(nèi)充入相應(yīng)的惰性氣體。

b.啟動(dòng)裝置的中央控制系統(tǒng)，使籽晶充分熔化至籽晶槽中，并進(jìn)而進(jìn)行寶石晶體的生長(zhǎng)；

啟動(dòng)中央控制系統(tǒng)，使發(fā)熱體對(duì)溫區(qū)進(jìn)行升溫，在升溫過(guò)程中根據(jù)寶石晶體生長(zhǎng)的需要向生長(zhǎng)爐內(nèi)充入相應(yīng)的惰性氣體。

c.根據(jù)寶石晶體的生長(zhǎng)情況，使保溫子裝置上下移動(dòng)以進(jìn)行溫度梯度的調(diào)節(jié)，進(jìn)而使寶石晶體完全結(jié)晶并獲得寶石晶體。

升溫至籽晶部分充分融化至坩堝的籽晶槽位置，然后恒溫預(yù)定時(shí)間后，以預(yù)定的降溫速率降溫，根據(jù)晶體的生長(zhǎng)情況，通過(guò)電極桿的升降進(jìn)行溫度梯度調(diào)節(jié)來(lái)達(dá)到晶體的完全結(jié)晶，長(zhǎng)晶結(jié)束并進(jìn)入自動(dòng)控制階段進(jìn)行高溫退火，待退火完成，溫度降至室溫，即可打開(kāi)生長(zhǎng)爐取出寶石晶體。

其中，在降溫過(guò)程中，中央控制系統(tǒng)每隔10～20min獲取一次頂部熱電偶監(jiān)測(cè)的溫度T1、底部熱電偶監(jiān)測(cè)的溫度T2以及頂部熱電偶與底部熱電偶之間的距離H，然后通過(guò)△T/H＝(T1-T2)/H計(jì)算所得的值來(lái)調(diào)整保溫屏的上升速率或者下降速率，以保證晶體生長(zhǎng)所需的溫度梯度，具體如下：

1)當(dāng)△T/H＞15℃/cm時(shí)，中央控制系統(tǒng)控制電極桿升降動(dòng)力，使發(fā)熱體及保溫屏以1～5mm/h的速率向上移動(dòng)；

2)當(dāng)10℃/cm≤△T/H≤15℃/cm時(shí)，中央控制系統(tǒng)不動(dòng)作，保持電極桿的高度；

3)當(dāng)△T/H＜10℃/cm時(shí)，中央控制系統(tǒng)控制電極桿升降動(dòng)力，使發(fā)熱體及保溫屏以1～5mm/h的速率向下移動(dòng)。

以上僅為本實(shí)用新型的實(shí)施方式，并非因此限制本實(shí)用新型的專利范圍，凡是利用本實(shí)用新型說(shuō)明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本實(shí)用新型的專利保護(hù)范圍內(nèi)。