[实用新型]一种晶体连续培养及过滤系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种晶体连续培养及过滤系统，属于生产过程设备领域。

背景技术

磷酸二氢钾(KDP)和磷酸二氘钾(DKDP)晶体是一种被广泛使用的非线性水溶液晶体材料，具有很高的激光损伤阈值和较高的非线性系数以及可制作较大尺寸器件等优点，其二倍、三倍、四倍频器件通常用于室温ND:YAG激光器和染料激光器中，也是理想的高功率变频材料。近年来，随着惯性约束核聚变(ICF)的迅速发展，对KDP和DKDP晶体的研究在国际上又进入了一个新阶段。尽管新型的非线性光学材料不断涌现，但综合对比晶体的光学性能和生长条件，优质大尺寸的KDP和DKDP晶体是目前唯一可用于激光核聚变等高功率系统中的晶体。

KDP晶体一般多采用水溶液缓慢降温法来生长，因为其水溶液具有较大的温度系数、较高的溶解度和较宽的亚稳定区域。水溶液法培养KDP晶体，生长溶液的过饱和度为晶体生长提供驱动力，直接影响着晶体的生长速度。过饱和度越大，晶体的生长速度越快。同时溶液的过饱和度又影响着溶液的稳定性，溶液的过饱和度越大，其稳定性越低，越容易出现自发结晶成核现象。在生长大尺寸KDP晶体时，要兼顾生长速度与溶液的稳定性，使晶体的生长速度、尺寸大小、光学品质等都能达到要求。

在培养优质大尺寸KDP晶体时，传统生长方法(水溶液缓慢降温法)的主要缺陷是晶体生长速率慢、生长周期长，晶体质量难以保证，最后晶体的成品率低，导致晶体价格昂贵，严重影响其大规模使用。

实用新型内容

为了批量生产大尺寸优质的KDP和DKDP晶体，本实用新型提供了一种晶体连续培养及过滤系统。

本实用新型所采用的技术方案是：

晶体连续培养及过滤系统包括培养装置、过滤装置和控制装置。

(1)培养装置由育晶罐和安装在育晶罐上的测温热电阻T1、PH传感器、安装在育晶罐内的载晶架和载晶架电机、搅拌器和搅拌电机、安装在育晶罐夹套内的电加热器、安装在育晶罐夹套上的冷却水进出口组成。

需培养生长的一个晶核放在载晶架上由载晶架电机带动顺时针缓慢转动；搅拌电机带动搅拌器逆时针转动，使生长液与罐壁(进行热交换)、晶核充分接触；通过控制电加热和夹套冷却水的进出，保持育晶罐内生长溶液的温度恒定并在一个生长周期(几十天)内非常缓慢下降(从65℃缓慢降低到25℃)。在降温过程中，重点是控制好降温速率，使晶体能够均匀、快速地生长。

(2)过滤装置由热水浴槽和平衡水浴槽组成。热水浴槽由热水槽、热水浴测温热电阻T2、蛇形管、热水浴接收槽、热水浴接收槽测温热电阻T3、输送泵、过滤槽、搅拌器和搅拌电机、电加热器、冷却水进出口组成；平衡水浴槽由平衡水槽、平衡水浴测温热电阻T4、蛇形管、平衡水浴接收槽、平衡水浴接收槽测温热电阻T5、计量泵、流量计、搅拌器和搅拌电机、电加热器、冷却水进出口组成。

为了让热水浴和平衡水浴中各处的温度均匀一致，在热水浴和平衡水浴中分别配备搅拌器和搅拌电机。通过蛇形管的热交换作用，温度为T2的热水浴将管路中的生长溶液加热到T3，温度为T4的平衡水浴将管路中的生长溶液平衡到T5。热水浴和平衡水浴通过电加热器和添加冷却水进行温度调整。

溶液的过滤过程是，从育晶槽里流出的带有颗粒杂质的生长溶液，先加热溶解杂晶；再经过滤器滤除无关杂质；最后通过降温使回流到育晶槽里的溶液温度恢复到与育晶槽里的溶液温度一致，避免对育晶槽里的溶液造成扰动，从而完成连续过滤循环。

(3)控制装置由PLC、相关扩展模块、触摸屏、相关执行器组成。

本实用新型系统，通过在培养过程中循环过滤，克服溶液自发结晶的影响，使杂晶与无关颗粒大量减少，提高了大尺寸晶体的生长速度和质量，保证KDP和DKDP晶体具有大尺寸、低错位度、高光学均匀性和高激光损伤阈值等特征。

附图说明

图1是晶体连续培养及过滤系统结构图。

图2是晶体连续培养及过滤过程自动控制的流程图。