[发明专利]大尺寸红外光学用锗窗口材料的制备装置及用其制备大尺寸红外光学用锗窗口材料的方法

说明书

本发明公开了一种大尺寸红外光学用锗窗口材料的制备装置及用其制备大尺寸红外光学用锗窗口材料的方法，包括加热系统、隔热保温系统、转动升降装置和模具装置，所述加热系统设置在隔热保温系统内，模具装置则设置在加热系统内，模具装置的底部与转动升降装置相连，所述转动升降装置的下部从加热系统和隔热保温系统底部的中心穿过，制备时主要包括了分阶段加热步骤。解决现有大尺寸锗单晶直拉生长技术存在技术难度大、工艺过程和工艺条件难以控制，锗单晶成晶率低，后续成型加工困难，运行周期长、原料用量大、生产成本高的问题。

技术领域

本发明涉及红外光学材料的生产加工及其应用技术领域，特别是一种大尺寸红外光学用锗窗口材料的制备装置及用其制备大尺寸红外光学用锗窗口材料的方法。

背景技术

锗单晶材料具有良好的透红外性能、较高的折射指数、低色散、不潮解、机械强度高和化学稳定性好等优点，广泛应用于红外探测和热成像系统，是目前最理想的红外光学材料之一，是热成像仪光学系统(8-12μm波段)的首选红外材料，用于加工红外光学透镜、红外光学窗口等红外光学元件。应用于星载、舰载、机载的红外相机或热成像仪的国家自主可控需求日益增长，这些装备需要大尺寸锗光学材料，用于制作其光学系统的红外光学透镜、红外光学窗口等光学元件。

应用于红外光学和电子、太阳能方面的锗材料，通常需要生长为锗单晶，目前，最常用的锗单晶生长方法主要有CZ（直拉）法和VGF（垂直梯度凝固）法两种。直拉法生长Φ300mm以下口径尺寸红外锗单晶直拉生长技术已经相对成熟，但Φ300mm以上口径锗单晶直拉生长，依然是锗单晶直拉生长的工艺瓶颈和技术短板，限制和制约着大尺寸红外光学元件的发展和应用。同时大尺寸锗单晶直拉生长技术存在技术难度大、工艺过程和工艺条件难以控制，锗单晶成晶率低，后续成型加工困难，运行周期长、原料用量大、生产成本高的实际问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种大尺寸红外光学用锗窗口材料的制备装置及用其制备大尺寸红外光学用锗窗口材料的方法，解决现有大尺寸锗单晶直拉生长技术存在技术难度大、工艺过程和工艺条件难以控制，锗单晶成晶率低，后续成型加工困难，运行周期长、原料用量大、生产成本高的问题。

为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种大尺寸红外光学用锗窗口材料的制备装置，包括加热系统、隔热保温系统、转动升降装置和模具装置，所述加热系统设置在隔热保温系统内，模具装置则设置在加热系统内，模具装置的底部与转动升降装置相连，所述转动升降装置的下部从加热系统和隔热保温系统底部的中心穿过。

作为本发明的进一步优选，所述加热系统包括上加热器、下加热器和底加热器，所述上加热器设置在隔热保温系统内壁的上部，下加热器设置在隔热保温系统内壁的下部，所述底加热器则设置在隔热保温系统内腔的底部。

作为本发明的进一步优选，所述的隔热保温系统为圆筒形结构。

作为本发明的进一步优选，所述的转动升降装置包括从下到上依次设置的转动轴和托盘，所述托盘的顶部与模具装置的底部相接，所述模具装置的内底面为平整的光滑面。

作为本发明的进一步优选，所述加热系统、隔热保温系统、转动升降装置和模具装置均为由高纯热压石墨或复合碳-碳复合材料加工制成。

作为本发明的进一步优选，所述加热系统、隔热保温系统、转动升降装置和模具装置均设置于真空炉中。

一种使用上述任意一种装置制备大尺寸红外光学用锗窗口材料的方法，包括如下步骤：

S1、首先将模具装置升至加热系统的上层加热区域，然后将高纯锗锭装入模具装置中，装料量由所制备的锗晶体材料的形状、厚度或尺寸大小决定；

S2、再按一定质量比加入掺杂剂；

S3、抽真空、充保护气体，开启加热系统中的上加热器，将高纯锗锭加热熔化，待高纯锗锭融化后降温至一定温度，恒温，搅动摇匀；