專利名稱：一種大型變壁厚純鉬坩堝的成型方法
一種大型變壁厚純鉬坩堝的成型方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于旋壓成型技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種成型方法，尤其是一種大型變壁厚純鑰坩堝的成型方法。
背景技術(shù)：
藍(lán)寶石晶體具有優(yōu)良的光學(xué)性能、機(jī)械性能和化學(xué)穩(wěn)定性。強(qiáng)度高、硬度大、耐沖刷，因而廣泛的應(yīng)用于紅外軍事裝置、衛(wèi)星空間技術(shù)、高強(qiáng)度激光的窗口材料。其獨特的晶格結(jié)構(gòu)、優(yōu)異的力學(xué)性能、良好的熱學(xué)性能是藍(lán)寶石晶體成為實際應(yīng)用的半導(dǎo)體GaN/A1203 發(fā)光二極管(LED)，大規(guī)模集成電路SOI和SOS及超導(dǎo)納米結(jié)構(gòu)薄膜等最理想的襯底材料。 因此，低成本、高質(zhì)量地生產(chǎn)大尺寸藍(lán)寶石單晶已成為當(dāng)前面臨的迫切任務(wù)。目前我國LED 照明材料所需材料依賴進(jìn)口，國防工業(yè)所需的大尺寸藍(lán)寶石晶體供應(yīng)也受到很大制約，嚴(yán)重制約我國半導(dǎo) 體照明行業(yè)及國防工業(yè)的發(fā)展。
由于鑰的熔點高達(dá)2610°C，因此鑰坩堝廣泛倍被應(yīng)用于藍(lán)寶石單晶生長爐、石英玻璃熔煉爐、稀土冶煉爐等工業(yè)爐等核心容器，其使用的工作環(huán)境一般在2000°C以上，特別對于藍(lán)寶石單晶生長爐來說，具有高純度、高密度、無內(nèi)裂紋、尺寸精準(zhǔn)、內(nèi)外壁光潔等特征的鑰坩堝對藍(lán)寶石晶體生長過程中的種晶成功率、拉晶質(zhì)量控制、脫晶粘鍋以及使用壽命起到了關(guān)鍵的作用。根據(jù)坩堝制造工藝，有可分為壓制燒結(jié)坩堝和旋壓坩堝，壓制燒結(jié)坩堝質(zhì)量較低、純度、密度較低，使用壽命較短，價格相對便宜，國內(nèi)長晶爐一般是采用壓制燒結(jié)坩堝；旋壓坩堝質(zhì)量較高，純度、密度較高，使用壽命長，價格高。
金屬旋壓是一種金屬塑性成型的加工工藝。金屬旋壓工藝具有節(jié)省原材料、成本低廉、設(shè)備簡單和產(chǎn)品質(zhì)量高等優(yōu)點，因此，旋壓工藝在國防、化工、冶金、電子、機(jī)械等方面起到了越來越大的作用。金屬旋壓工藝在旋制不同形狀的制件時，綜合了鍛造、擠壓、拉伸、 彎曲、環(huán)軋、橫軋和滾壓等工藝的特點。針對不同毛坯的變形特點，一般可分為普通旋壓和強(qiáng)力旋壓兩種。在旋壓過程中，改變毛坯的形狀而基本不改變其壁厚稱為普通旋壓；在旋壓過程中，既改變毛坯的形狀又改變其壁厚的稱為強(qiáng)力旋壓。近30年來，國外金屬旋壓技術(shù)有很大發(fā)展，目前這項技術(shù)已日趨成熟。我國強(qiáng)力旋壓技術(shù)研究工作從20世紀(jì)60年代初開始，經(jīng)過幾十年的努力，已取的了較大的發(fā)展。在旋壓工藝、設(shè)備制造和理論研究及技術(shù)推廣等方面都取得了很大的進(jìn)展。
在LED制造領(lǐng)域，所需的藍(lán)寶石襯底尺寸不斷增大，未來的發(fā)展是4英寸和6 英寸，且隨著需求的變化需做大錠，目前最大的晶體是Φ400χ400πιπι，盛放晶體是內(nèi)徑為 Φ 400mm高度至少是400mm。隨著LED半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，藍(lán)寶石晶體的需求量也加大。 目前該行業(yè)主要采用鑰、鎢制作坩堝作為載體耗材。而鑰屬于難變形材料，其室溫塑性差， 制作坩堝必須在加熱條件下進(jìn)行旋壓成形?，F(xiàn)階段，市場上制作的鑰坩堝的尺寸較小，無法滿足所需坩堝的尺寸要求。
采用本發(fā)明，所制造額鑰坩堝質(zhì)量好，生產(chǎn)周期短，重量輕，運輸方便。滿足了生產(chǎn)大尺寸藍(lán)寶石的需要。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供一種大型變壁厚純鑰坩堝的成型方法，該方法采用真空熔煉法制作純鑰鑄錠，再將鑄錠熱軋成板坯，經(jīng)旋壓設(shè)備對板坯進(jìn)行旋壓，最后對旋壓得到的半成品件做表面處理，得到符合要求的產(chǎn)品。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來解決的這種大型變壁厚純鑰坩堝的成型方法，包括以下步驟I)采用真空熔煉法制作純鑰鑄錠；2)將上述純鑰鑄錠熱軋成板坯；3)將板坯置于煤氣爐中進(jìn)行900°C，60min的消除應(yīng)力退火，然后堿洗及清理表面；鑰板不應(yīng)有裂紋、起皮、分層、凹坑缺陷；4)用旋壓設(shè)備對板坯進(jìn)行旋壓，得到半成品件；5)對旋壓得到的半成品件做表面處理，得到符合要求的產(chǎn)品。進(jìn)一步,上述步驟2)中，熱軋后板還的規(guī)格為6mmXC>680mm。步驟4)中，旋壓是在HYC0F0RM-P111B半自動液壓靠模旋壓機(jī)上進(jìn)行。旋壓按照以下步驟進(jìn)行a)強(qiáng)旋+普通預(yù)成型主軸轉(zhuǎn)速300± 10r/min ; 旋輪縱向速度80mm/min ;旋輪工作半徑Rp=12mm ； 芯模徑向跳動蘭0. 05mm ；芯模加熱溫度200-250°C ； 加熱方式氧乙炔焊炬；毛坯加熱溫度900-95(TC ; 潤滑劑玻璃粉；旋壓件錐角82° ；退火參數(shù)置于氮氣保護(hù)的電阻爐中，900°C，lh ;出爐后噴砂并表面修磨；b)第一次強(qiáng)旋成型工藝參數(shù)主軸轉(zhuǎn)速300± 10r/min ; 旋輪縱向速度60mm/min ;旋輪工作半徑Rp=12mm ； 芯模徑向跳動蘭0. 05mm ；芯模加熱溫度200-25(TC ； 加熱方式氧乙炔焊炬；毛坯加熱溫度800-850°C ； 潤滑劑玻璃粉；旋壓件錐角33° ；退火參數(shù)置于氮氣保護(hù)的電阻爐中，780°C，lh。c )最終強(qiáng)旋成型工藝參數(shù)主軸轉(zhuǎn)速300± 10r/min ; 旋輪縱向速度50mm/min ;旋輪工作半徑Rp=12mm ； 芯模徑向跳動含0. 05mm ；芯模加熱溫度200-250°C ； 加熱方式氧乙炔焊炬；毛坯加熱溫度650-700°C ； 潤滑劑玻璃粉；旋壓件錐角0. 2° ;退火參數(shù)置于氮氣保護(hù)的電阻爐中，650°C，lh。以上步驟5)中，表面處理為對半成品件表面進(jìn)行打磨并堿洗。本發(fā)明具有以下有益效果
本發(fā)明采用真空熔煉法制作純鑰鑄錠，再將鑄錠熱軋成板坯，經(jīng)旋壓設(shè)備對板坯進(jìn)行旋壓，最后對旋壓得到的半成品件做表面處理，得到符合要求的產(chǎn)品。根據(jù)本發(fā)明的方法制作的鑰坩堝能夠達(dá)到尺寸要求和表面及冶金要求，所制造額鑰坩堝質(zhì)量好，生產(chǎn)周期短，重量輕，運輸方便，滿足了生產(chǎn)大尺寸藍(lán)寶石的需要，填補(bǔ)了國內(nèi)對制造此型鑰坩堝的技術(shù)空白，具有巨大的市場價值和潛在經(jīng)濟(jì)價值。
圖1為本發(fā)明的旋壓工藝框圖2為本發(fā)明的鑰坩堝示意圖3為本發(fā)明的成型過程示意圖。
其中1為板坯；2為強(qiáng)旋+普通旋壓預(yù)成型件；3為第一次強(qiáng)旋成型件；4為最終強(qiáng)旋成型件。
具體實施方式
本發(fā)明的大型變壁厚純鑰坩堝的成型方法，具體包括以下步驟
I)采用真空熔煉法制作純鑰鑄錠；
2)將上述純鑰鑄錠熱軋成板坯I (如圖3);在本發(fā)明的最佳實施例中熱軋后板坯 I的規(guī)格為6mmX Φ680mm。
3)將板坯I置于煤氣爐中進(jìn)行900°C，60min的消除應(yīng)力退火，然后堿洗及清理表面；鑰板不應(yīng)有裂紋、起皮、分層、凹坑缺陷；
4)參見圖1和圖3，用旋壓設(shè)備對板坯I進(jìn)行旋壓，得到半成品件；本發(fā)明的旋壓是在HYC0F0RM-P111B半自動液壓靠模旋壓機(jī)上進(jìn)行。旋壓按照以下步驟進(jìn)行
a)強(qiáng)旋+普通預(yù)成型
主軸轉(zhuǎn)速300± 10r/min ; 旋輪縱向速度80mm/min ;
旋輪工作半徑Rp=12mm ； 芯模徑向跳動蘭O. 05mm ；
芯模加熱溫度200-250°C ； 加熱方式氧乙炔焊炬；
毛坯加熱溫度900-95(TC ； 潤滑劑玻璃粉；
旋壓件錐角82° ；
退火參數(shù)置于氮氣保護(hù)的電阻爐中，900°C，Ih ;出爐后噴砂并表面修磨；退火前清洗。
該步驟得到強(qiáng)旋+普通旋壓預(yù)成型件2，如圖3所示。
b)第一次強(qiáng)旋
工藝參數(shù)如下
主軸轉(zhuǎn)速300± 10r/min ; 旋輪縱向速度60mm/min ;
旋輪工作半徑Rp=12mm ； 芯模徑向跳動蘭O. 05mm ；
芯模加熱溫度200-250°C ； 加熱方式氧乙炔焊炬；
毛坯加熱溫度800-850°C ； 潤滑劑玻璃粉；
旋壓件錐角33° ；
退火參數(shù)置于氮氣保護(hù)的電阻爐中，780°C，lh。退火前清洗。
該步驟得到第一次強(qiáng)旋成型件3。c )最終強(qiáng)旋成型工藝參數(shù)如下主軸轉(zhuǎn)速300± 10r/min ; 旋輪縱向速度50mm/min ;旋輪工作半徑Rp=12mm ； 芯模徑向跳動蘭0. 05mm ；芯模加熱溫度200-25(TC ; 加熱方式氧乙炔焊炬；毛坯加熱溫度650-700°C ； 潤滑劑玻璃粉；旋壓件錐角0. 2° ;退火參數(shù)置于氮氣保護(hù)的電阻爐中，650°C，lh。退火前清洗。完成后得到最終強(qiáng)旋成型件4。5)對旋壓得到的半成品件做表面處理，即對半成品件表面進(jìn)行打磨并堿洗，得到符合要求的產(chǎn)品，如圖2所示。下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述實施例1I采用真空熔煉法制作純鑰鑄錠；2將上述純鑰鑄錠熱軋成規(guī)格為6mm X O 680mm的板坯；3將板坯置于煤氣爐中進(jìn)行900°C，60min的消除應(yīng)力退火，然后堿洗及清理表面。鑰板不應(yīng)有裂紋、起皮、分層、凹坑等缺陷。4旋壓是在HYC0F0RM-P11IB半自動液壓靠模旋壓機(jī)上進(jìn)行。按照以下參數(shù)進(jìn)行旋壓成型a強(qiáng)旋+普通預(yù)成型工藝參數(shù)主軸轉(zhuǎn)速300±10r/min 旋輪縱向速度80mm/min旋輪工作半徑Rp=12mm 芯模徑向跳動蘭0. 05mm芯模加熱溫度200-250°C 加熱方式氧乙炔焊炬毛坯加熱溫度900-950°C 潤滑劑玻璃粉旋壓件錐角82°退火參數(shù)置于氮氣保護(hù)的電阻爐中，900°C，lh。出爐后噴砂并表面修磨。b第一次強(qiáng)旋成型工藝參數(shù)主軸轉(zhuǎn)速300± 10r/min 旋輪縱向速度60mm/min旋輪工作半徑Rp=12mm 芯模徑向跳動蘭0. 05mm芯模加熱溫度200-250°C 加熱方式氧乙炔焊炬毛坯加熱溫度800-850°C 潤滑劑玻璃粉旋壓件錐角33°退火參數(shù)置于氮氣保護(hù)的電阻爐中，780°C，lh。c最終強(qiáng)旋成型工藝參數(shù)主軸轉(zhuǎn)速300± 10r/min 旋輪縱向速度50mm/min旋輪工作半徑Rp=12mm 芯模徑向跳動蘭0. 05mm芯模加熱溫度200-250°C 加熱方式氧乙炔焊炬毛坯加熱溫度650-700°C 潤滑劑玻璃粉
旋壓件錐角0.2°退火參數(shù)置于氮氣保護(hù)的電阻爐中，650°C，lh。出爐后堿洗及清理表面。5對成品件進(jìn)行尺檢。經(jīng)上述實施例1得到的鑰坩堝尺寸及表面質(zhì)量均符合要求。實施例2I采用真空熔煉法制作純鑰鑄錠；2將上述純鑰鑄錠熱軋成規(guī)格為6mm X O 680mm的板坯；3將板坯置于煤氣爐中進(jìn)行900°C，60min的消除應(yīng)力退火，然后堿洗及清理表面。鑰板不應(yīng)有裂紋、起皮、分層、凹坑等缺陷。4旋壓是在HYC0F0RM-P11IB半自動液壓靠模旋壓機(jī)上進(jìn)行。按照以下參數(shù)進(jìn)行旋壓成型a強(qiáng)旋+普通預(yù)成型工藝參數(shù)主軸轉(zhuǎn)速250± 10r/min 旋輪縱向速度70mm/min旋輪工作半徑Rp=12mm 芯模徑向跳動蘭0. 05mm芯模加熱溫度250-30(TC 加熱方式氧乙炔焊炬毛坯加熱溫度900-95(TC 潤滑劑玻璃粉旋壓件錐角82。退火參數(shù)置于氮氣保護(hù)的電阻爐中，900°C，lh。出爐后噴砂并表面修磨。b第一次強(qiáng)旋成型工藝參數(shù)主軸轉(zhuǎn)速250± 10r/min 旋輪縱向速度70mm/min旋輪工作半徑Rp=12mm 芯模徑向跳動蘭0. 05mm芯模加熱溫度250-300°C 加熱方式氧乙炔焊炬毛坯加熱溫度750-800°C 潤滑劑玻璃粉旋壓件錐角33°退火參數(shù)置于氮氣保護(hù)的電阻爐中，780°C，Ih。c最終強(qiáng)旋成型工藝參數(shù)主軸轉(zhuǎn)速250± 10r/min 旋輪縱向速度70mm/min旋輪工作半徑Rp=12mm 芯模徑向跳動蘭0. 05mm芯模加熱溫度250-30(TC 加熱方式氧乙炔焊炬毛坯加熱溫度650-700°C 潤滑劑玻璃粉旋壓件錐角0.2°退火參數(shù)置于氮氣保護(hù)的電阻爐中，650°C，Ih。出爐后堿洗及清理表面。5對成品件進(jìn)行尺檢。經(jīng)上述實施例2得到的鑰坩堝尺寸及表面質(zhì)量均符合要求。
權(quán)利要求
1.一種大型變壁厚純鑰坩堝的成型方法，其特征在于，包括以下步驟 1)采用真空熔煉法制作純鑰鑄錠； 2)將上述純鑰鑄錠熱軋成板坯(I)； 3)將板坯(I)置于煤氣爐中進(jìn)行900°C，60min的消除應(yīng)力退火，然后堿洗及清理表面；鑰板不應(yīng)有裂紋、起皮、分層、凹坑缺陷； 4)用旋壓設(shè)備對板坯(I)進(jìn)行旋壓，得到半成品件； 5)對旋壓得到的半成品件做表面處理，得到符合要求的產(chǎn)品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大型變壁厚純鑰坩堝的成型方法，其特征在于，步驟2)中，熱軋后板還的規(guī)格為6mmX Φ680mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大型變壁厚純鑰坩堝的成型方法，其特征在于，步驟4)中，旋壓是在HYCOFORM-P111B半自動液壓靠模旋壓機(jī)上進(jìn)行。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的大型變壁厚純鑰坩堝的成型方法，其特征在于，旋壓按照以下步驟進(jìn)行 a)強(qiáng)旋+普通預(yù)成型 主軸轉(zhuǎn)速300±10r/min ； 旋輪縱向速度80mm/min ； 旋輪工作半徑Rp=12mm ； 芯模徑向跳動蘭O. 05mm ； 芯模加熱溫度200-25(TC ； 加熱方式氧乙炔焊炬； 毛坯加熱溫度900-95(TC ； 潤滑劑玻璃粉； 旋壓件維角82° ； 退火參數(shù)置于氮氣保護(hù)的電阻爐中，900°C，lh ;出爐后噴砂并表面修磨； b)第一次強(qiáng)旋成型 主軸轉(zhuǎn)速300±10r/min ； 旋輪縱向速度60mm/min ； 旋輪工作半徑Rp=12mm ； 芯模徑向跳動蘭O. 05mm ； 芯模加熱溫度200-25(TC ； 加熱方式氧乙炔焊炬； 毛坯加熱溫度800-85(TC ； 潤滑劑玻璃粉； 旋壓件維角33° ； 退火參數(shù)置于氮氣保護(hù)的電阻爐中，780°C，lh; c )最終強(qiáng)旋成型 主軸轉(zhuǎn)速300±10r/min ； 旋輪縱向速度50mm/min ； 旋輪工作半徑Rp=12mm ； 芯模徑向跳動蘭O. 05mm ； 芯模加熱溫度200-25(TC ； 加熱方式氧乙炔焊炬； 毛坯加熱溫度650-70(TC ； 潤滑劑玻璃粉； 旋壓件錐角0.2° ； 退火參數(shù)置于氮氣保護(hù)的電阻爐中，650°C，lh。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大型變壁厚純鑰坩堝的成型方法，其特征在于，步驟5)中，表面處理為對半成品件表面進(jìn)行打磨并堿洗。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種大型變壁厚純鉬坩堝的成型方法，該方法采用真空熔煉法制作純鉬鑄錠，再將鑄錠熱軋成板坯，經(jīng)旋壓設(shè)備對板坯進(jìn)行旋壓，最后對旋壓得到的半成品件做表面處理，得到符合要求的產(chǎn)品。根據(jù)本發(fā)明的方法制作的鉬坩堝能夠達(dá)到尺寸要求和表面及冶金要求，所制造額鉬坩堝質(zhì)量好，生產(chǎn)周期短，重量輕，運輸方便，滿足了生產(chǎn)大尺寸藍(lán)寶石的需要，填補(bǔ)了國內(nèi)對制造此型鉬坩堝的技術(shù)空白，具有巨大的市場價值和潛在經(jīng)濟(jì)價值。
文檔編號B21D22/16GK102989856SQ20121051355
公開日2013年3月27日 申請日期2012年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月3日
發(fā)明者張利軍, 常輝, 朱鵬超, 薛祥義 申請人:西安西工大超晶科技發(fā)展有限責(zé)任公司