收稿日期:2010 09 01
作者简介:王 铎(1978-),男,汉族,吉林长春人,福建江夏学院助教,硕士,主要从事光电晶体方向研究,E m ail:qglpw d@sina.
com.
第31卷第6期 长春工业大学学报(自然科学版) Vo l 31N o.62010年12月 Jour nal of Chang chun U niver sity o f T echnolog y(N atur al Science Edition) D ec 2010
熔融法制备蓝宝石
王 铎1, 龚子洲2
(1.福建江夏学院工商系,福建福州 350007; 2.中国科学技术大学物理学院,安徽合肥 230026)
摘 要:分别在不同工艺参数下(晶体生长速度:12,18,25mm/h;气体流速:1.25,0.8,1.5m 3/h),生长出了3根 45m m 160mm 蓝宝石晶体棒。对3种蓝宝石样品进行了不熔物、铁含量、微观气泡、宏观气泡测试。结果表明,当晶体生长速度为12mm/h,氧气流速为1.25m 3
/h,所生长的蓝宝石晶体质量最佳。最后分析了不熔物、气泡、铁杂质的引入机制及
减少杂质的措施。
关键词:蓝宝石;焰熔法;测试;铁杂质;气泡
中图分类号:O782 文献标志码:A 文章编号:1674 1374(2010)06 0651 05
A melt method for synthesizing sapphire
WANG Duo 1
, GONG Zi zhou
2
(1.T he Departmen t of Busin ess Adm inistration,Fujian In stitute Jiangxia,Fuz hou 350007,China;2.School of Phy sical Sciences,U niver sity of S cien ce and T echnology of China,Hefei 230026,Chin a)
Abstract:Under different technical conditions such as crystal gro w ing speed and oxy gen flow ing speed,three hig h quality sapphire rods w ith diameter 45mm 160m m are prepared successfully.Tests of the no melted,iron co ntent,m icro bubble and macr o bubble are carried fo r the three samples.T he results show that the optimal quality o f the sapphire is obtained w hen the grow ing speed is 12m m/h and the ox ygen flow ing rate is 1.25m 3
/h.T he metho d to decrease the iron impur ity,bubbles and no melted are discussed at last.
Key words:sapphir e;flam e fusio n technolo gy;test;ir on impurities;bubble.
0 引 言
蓝宝石晶体( Al 2O 3)是一种简单配位型氧化物晶体,属六方晶系[1],具有优良的光学、电学和机械性能,其硬度仅次于钻石。它具有高温化学稳定、导热性好等特点,广泛应用于半导体器
件、光电子器件、激光器等。特别是含Ti 3+蓝宝石,是最优异的固体宽带调谐激光材料,可制作超强的飞秒量级可调谐激光器
[2 3]
。氧化铝是地壳
内仅次于二氧化硅存在最多的氧化物,其原料供
给可以得到充分保障,工业上有广泛用途。 作为继Si,GaAs 之后的第三代半导体材料
的GaN,其在器件上的应用被视为20世纪90年代半导体最重大的事件,它使半导体发光二极管和激光器上了一个新的台阶。因此,近年来成为国内外半导体材料及光电子器件的研究热点。但由于GaN体材料很难制备,所以必须在其它衬底材料上外延生长薄膜[4 7]。
作为GaN的衬底材料有多种,包括蓝宝石、碳化硅、硅、氧化镁、氧化锌等,其中,蓝宝石以其独特的性能和高的可利用率成为最主要的衬底材料。蓝宝石单晶又称白宝石,与天然宝石具有相同的光学特性和力学性能[8 10],有着很好的热特性、极好的电气特性和介电特性,被广泛应用于工业、国防等领域,越来越多地用作固体激光、红外窗口、半导体芯片的衬底片、精密耐磨轴承等高技术领域中零件的制造材料,如地对地、地对空导弹的红外窗口、高温压敏传感器的窗口等[11 14]。
随着对蓝宝石材料需求的不断增加,蓝宝石市场竞争日趋激烈,要在蓝宝石市场上占据重要地位,应在以下两个方面实现突破:一是不断降低成本,为此,必须扩大晶体直径,加大投料量并缩短生长周期;二是提高产品质量,为此,要在晶体生长工艺上搞突破,减少晶体中的杂质含量和成品率。因此,对蓝宝石的生长和研究提出了新的要求。了解蓝宝石的生长条件、生长缺陷和它们对器件性能的影响之间的关系,对提高晶体质量尤为重要。
文中采用籽晶定向的焰熔法生长技术,以 Al2O3粉料为原料,设计合理的工艺参数,生长出光学质量较好的 45m m蓝宝石刚玉晶体棒。并对其杂质含量、不熔物及气泡产生进行分析,获得了最佳的生长工艺参数,分析了杂质引入机制和气泡形成机理及减少上述情况的措施。
1 焰熔法生长蓝宝石基本原理
当前制备蓝宝石晶体主要有两种技术,根据晶体生长方式不同,可以分为导膜法(EFG)和焰熔法(Flam e Fusion)。这两种方法制备的晶体具有不同的特性和不同的应用领域,导膜法晶体主要用于蓝宝石衬底方面,而焰熔法主要用于光电子器件、激光器等。
基本原理:焰熔法是从熔体中生长单晶体的方法,其原料的粉末在通过高温的氢氧火焰后熔化,熔滴在下落过程中冷却并在籽晶上固结逐渐生长形成晶体。因此,过冷度作为熔体晶体生长的驱动力,加热方式为氢氧焰混合气体燃烧加热。焰熔法晶体生长原理如图1
所示。
1.粉料;
2.氧气;
3.氢气;
4.结晶炉;
5.晶体;
6.托柱
图1 焰熔法晶体生长原理示意图
2 实 验
2.1 焰熔法蓝宝石生长设备
采用焰熔法生长炉及相关配套系统生长蓝宝石晶体。整个生长系统主要包括下粉系统、燃烧系统、结晶炉、升降系统、氧气的稳压与自动增压装置等。焰熔法生长晶体设备实物如图2
所示。
图2 焰熔法生长晶体设备实物图
在炉体下方有一耐火钢制托(可以上下移动),上面放置籽晶杆托柱(用以支撑晶体)、刚玉晶体、燃烧系统、保温罩及炉壁等。所用保温材料都为高纯材料,以防止对晶体的污染。采用籽晶熔晶法,晶体生长速度与下降系统下降速度必须能够维持高度同步,这样才能保持生长面在同一位置,精确控制晶体的生长速度。
2.2 焰熔法蓝宝石生长工艺
焰熔法生长蓝宝石的制备步骤一般包括:装
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料、熔种、放肩、等颈和缩颈。
2.2.1 A l2O3粉料的装料
首次装料时,其方法是打开料瓶盖,将瓶内的粉料倒入辅料斗中,装料过程中要不时用通条(硬塑料细杆)疏通,使粉料装满内粉斗后再充满连接杆及副粉斗。待辅料斗基本装满时,将粉料瓶倒置在辅料斗上,让粉料流入料斗内。
2.2.2 熔种
选取籽晶尺寸为 5mm 32mm,晶体取向为(1120)。籽晶制备后,对其进行化学抛光,除去表面损伤,避免表面损伤层中的位错延伸到生长的晶体中;同时,化学抛光可以减少由籽晶带来的污染。
在晶体生长时,首先将定向籽晶固定在籽晶杆托柱上,然后将托柱放入结晶炉内,使籽晶升至距离燃烧器喷嘴130~150mm处,打开双联弹簧式安全阀之后开启氢气针形阀,用火种迅速在结晶炉下口点燃氢气,随即开启氧气针阀,并将氧气调节至规定流量,待炉内温度接近熔晶温度2050时缓慢扩氧。关于熔晶程度:杆状晶体控制在出现半球状熔体;片状晶体控制在某一小区域出现球顶状熔体。
2.2.3 放肩
在熔种完成后,启动敲击电动机,调节料锤敲击力度,开始落粉。开启下降系统并逐步扩氧,此时晶体直径急速增加,从籽晶的直径增大到所需的直径,形成一个近120!的夹角,在此步骤中最重要的参数值是直径的增加速率。放肩的形状与角度会影响晶体顶部固液面形状及晶体品质。2.2.4 等颈
当放肩达到预定晶体直径时,晶体生长速度加快,氧气流量达到预定数值。然后关闭滴水阀,保持固定的生长速度,使晶体等直径生长,适当调节下粉量,使晶体的生长速度和下降速度保持一致。
为保证等径生长阶段氧气流量稳定,通入稳压瓶内的氧气是过量的。由于车间温度较高,稳压瓶内水分蒸发快,在等径生长阶段为使氧气压力不变,应向稳压瓶内滴水补充。
2.2.5 缩颈
等径生长末期,采取缩颈的方法使晶体顶端部位的直径缩小到原等径尺寸的一半,进而降低晶体顶端的缺陷,保证晶体质量。
焰熔法生长出的蓝宝石晶体照片如图3所
示。
图3 焰熔法生长出的蓝宝石晶体
生长工艺参数及尺寸见表1。
表1 蓝宝石晶体生长工艺及尺寸
编号生长速度/(mm/h)气体流速/(m3/h)晶体尺寸/mm 1#12 1.25 45 160 2#180.80 45 160 3#25 1.50 45 160
2.3 指标测试
采用天津港东科技发展有限公司FTIR 650傅里叶红外光谱仪(Fourier T ransfo rm Infrared Spectrom eter,FT IR)测定晶体中的铁含量,采用北京中西远大科技有限公司ZDX2JGQ 250型氦氖激光器(激光器波长:6328nm;工作电流:4~6m A;输出功率大于2mW)检测晶体内不熔物和气泡。
3 结果与讨论
45mm 160mm蓝宝石晶体测试结果见表2。
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第6期 王 铎,等:熔融法制备蓝宝石
表2 45mm 160mm蓝宝石晶体测试结果
编号F e含量1018A to ms/cm3不熔物n/15mm微观气泡n/mm宏观气泡n/10mm 标准? 1.0002
1#0.21000
2#0.48102
3#0.63215
结果表明,当晶体生长速度和下降速度分别为12mm/h时,所生长出的蓝宝石晶体各项性能指标最佳。
3.1 铁杂质
焰熔法晶体生长中存在杂质。一方面,焰熔法晶体生长需要有意掺入杂质,生成不同颜色的宝石晶体;另一方面,在焰熔法生长晶体过程中会引入其它不需要的杂质,如铁等。
对于焰熔法晶体生长而言,一方面,为了降低成本,晶体生长工艺的控制要求相对较低,生长设备相对简单,而且晶体生长速度快,会引起较多的杂质和缺陷;另一方面,由于原料来源复杂,加之生长设备本身就是由耐火钢构成,在高温生长过程中,设备中的铁元素会被引入到晶体中,产生杂质。目前,在焰熔法晶体生长中,主要杂质为Fe。 Fe是焰熔法中的主要杂质,它来源于生长设备的污染,是属于焰熔法生长晶体中不可避免的杂质元素;Fe可以替代Al,与O结合,产生晶格位错;也可以形成团簇,具有着色作用,这些都对晶体的形成产生影响。
3.2 不熔物
不熔物是焰熔法晶体生长中的另一种杂质。它的产生有多种原因,一方面,由于粉料在储存过程中吸入杂质或受潮;另一方面,由于在生长过程中,粉料的下落速度过快,致使有部分粉料没有充分熔化就直接落到生长层中,使得宝石内部产生层状不熔物、散射颗粒或色带等。
要减少晶体棒中的不熔物,首先要对粉料做好储存和防潮保护;其次,要保证粉料的下料速度和晶体的生长速度保持一致,下粉量要严格控制;最后,保证下料设备内壁光洁度,防止粉料突然塌落造成不熔物的产生。
3.3 气泡
气泡是焰熔法晶体生长中的又一晶体缺陷。气泡的产生一方面是由于粉料中含有SiO2,SO3, K2O等杂质造成;另一方面,氧气压力过大是导致晶体内出现长气泡的主要原因。
为了避免气泡的产生,一方面,要进一步做好粉料的提纯,使SiO2,SO3,K2O等杂质得到充分排除;另一方面,在晶体等颈生长阶段,严格控制氧气的流速,防止由于气体压力过大,导致晶体内部长气泡的产生。
4 结 语
介绍了焰熔法生长蓝宝石晶体的基本原理及工艺条件。通过不同的参数(晶体生长速度:12, 18,25m m/h;气体流速:1.25,0.8,1.5m3/h),成功生长出了3根 45mm 160mm优质蓝宝石晶体棒。分别对这3种晶体样品进行铁含量、不熔物、微观气泡、宏观气泡测试,结果表明,当晶体生长速度为12mm/h,气体流速为1.25m3/h,所生长出的蓝宝石晶体质量最佳(Fe含量:0.21 1018atoms/cm3,不含不熔物、微观气泡和宏观气泡等)。最后分析了铁杂质的引入机制及减少杂质的措施。分析了不熔物、微观气泡、宏观气泡的形成机制及减少杂质的措施,通过对粉料及设备的调试,达到减少或消除的目的,进而有效地减少了杂质含量。
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CENTRAL SOUTH UNIVERSITY 硕士生课程论文 题目静电纺丝法简介 学生姓名张辉华 学号133511018 指导教师秦毅红 学院冶金与环境学院专业冶金工程 完成时间2014.5.27
静电纺丝法简介 摘要：静电纺丝法是聚合物溶液或熔体在静电作用下进行喷射拉伸而获得纳米级纤维的纺丝，作为一种新颖的纳米纤维制备方法，具有许多一般纳米纤维制备法没有的优点，在国内外一直引起广泛的关注。本文主要是介绍了静电纺丝的基本原理以及研究重点，同时简要地介绍了此方法在电池材料一起其他材料上的应用。 前言 静电纺丝就是高分子流体静电雾化的特殊形式，此时雾化分裂出的物质不是微小液滴，而是聚合物微小射流，可以运行相当长的距离，最终固化成纤维。静电纺丝技术在1934年首先由Formhals[1]提出, 随后的相当长一段时间又有多项专利出现。近年来，随着纳米材料研究的兴起，人们发现由电纺制得的纤维的直径可以达到纳米级，使得这种技术重新受到重视并出现了大量的文献[2]。目前, 主要是从事材料、化工和高分子领域的科学家在研究静电纺丝。 1 静电纺丝实验装置与基本原理 1.1 电纺过程 所需设备高压电源，溶液储存装置，喷射装置( 如内径 1 mm 的毛细管) 和收集装置( 如金属平板、铝箔等) 。图1为传统的单纺装置。 图1 经典的静电纺丝装置示意图
高压静电场(一般在几千到几万伏) 在毛细喷丝头和接地极间瞬时产生一个电位差，使毛细管内聚合物溶液或者熔融体(一般为非牛顿流体) 克服自身的表面张力和粘弹性力，在喷丝头末断呈现半球状的液滴。随着电场强度增加，液滴被拉成圆锥状即Taylor锥。当电场强度超过一临界值后，将克服液滴的表面张力形成射流(一般流速数m/s)，在电场中进一步加速，直径减小，拉伸成一直线至一定距离后弯曲，进而循环或者循螺旋形路径行走，伴随溶剂挥发或熔融体冷却固化，终落在收集板上形成纤维，直径一般在几十纳米到几微米之间。 除去传统的单纺丝还有其他的一些纺丝方式，如同轴静电纺丝，共轴复合纺丝就是将两种不同聚合物溶液预先不经混合, 而是各自在电场力的驱动下共轴 喷射经过同一个毛细管或注射器针头出口，得到连续的复合纤维的方法，该纤维具有核-壳结构。共轴复合纺丝设备如图2(a)所示，核-壳结构纤维如图2(b)所示。 图2 同轴纺丝和复合纤维形貌 同轴纺丝能直接接一步制备复合微/纳米线，可以制备医用复合纳米线、空心纳米管，这种方法制备出来的材料品质要明显优于涂覆法制备的材料。此外可以将碳纳米管与挥发性溶剂混合液用作内纺液, 将聚合物溶液用作外纺液, 利用溶剂的挥发性就可以携带碳纳米管渗透到外层聚合物中, 形成连续的碳纳米管增强 的复合纳米纤维。
蓝宝石晶体生长技术回顾 (2011-07-12 15:21:18) 转载 分类：蓝宝石晶体 标签： 蓝宝石 晶体生长 技术 历史 杂文 杂谈 引言 不少群众提出意见，博主说了这多不行的，能不能告诉广大投身蓝宝石长晶事业的什么设备行？说实话，这真的是为难我了！怎么讲？举个例子吧，Ky技术设备在Mono手里还真的是Ky，但到了你手里可能就是YY了。 可能你觉得受打击了，可是没有办法啊，事实如此啊，实话听 起来往往比较刺耳！本博主前面发表的《从缺陷的角度谈谈蓝宝石生长方向的选择》博文，迄今为止只有寥寥无几群众真正看出精髓所在..................................不服气群众可以留言谈谈自己了解了什么？ 古人云“博古通今”、“温故知新”，我觉得很有道理，技术之道也是如此。如果没有对以往技术的熟练掌握、熟知精髓所在，没有
对以往技术的总结提炼，你就不可能对一个新技术真正的掌握。任何新技术新设备到你手里，充其量你只是一个熟练操作工而已。 还觉得不信的话，我就在这篇博文里用大家认为最古老的火焰法宝石生长的经验理论总结来给大家进行目前流行的衬底级蓝宝石晶体生长进行理论指导。 蓝宝石晶体生长技术简介
焰熔法（flame fusion technique）&维尔纳叶法（Verneuil technique） 1885年由弗雷米（E. Fremy）、弗尔（E. Feil）和乌泽（Wyse）一起，利用氢氧火焰熔化天然的红宝石粉末与重铬酸钾而制成了当时轰动一时的“日内瓦红宝石”。后来于1902年弗雷米的助手法国的化学家维尔纳叶（Verneuil）改进并发展这一技术使之能进行商业化生产。因此，这种方法又被称为维尔纳叶法。 弗雷米（E. Fremy）、弗尔（E. Feil）和乌泽（Wyse）这几个哥们实际上就是做假珠宝的，一群有创新精神的专业人士。 博主对两类造假者比较佩服，一类是以人造珠宝以假乱真的，一类是造假文物的。首先、他们具有很高的专业素养；其次、他们也无关民生大计；还有利于社会财富的再分配。 至于火焰法简单的描述我就不啰嗦了，我讲讲一些你所不知道的火焰法长宝石的一些前人总结；这些总结和经验对今天的任何一种新方法长蓝宝石单晶都是有借鉴意义的。 100多年来火焰法工作者在气泡、微散射，晶体应力和晶体生长方向的关系，晶体生长方向与缺陷、成品率之间的关系做了大量的数据总结，可以讲在各个宝石生长方法中研究数据是最完备的。在这篇博文里我只讲讲个人认为对其他方法有借鉴意义的一些总结。
蓝宝石晶体生长工艺研究 【摘要】蓝宝石晶体具有硬度大、熔点高、物理化学性质稳定的特点,是优质光功能材料和氧化物衬底材料,广泛用于电子技术,军事、通信、医学等国防民用, 科学技术等领域。自19 世纪末, 法国化学家维尔纳叶采用焰熔法获得了蓝宝石晶体后,人工生长蓝宝石工艺不断发展, 除了焰熔法外还有冷坩埚法、泡生法、温度梯度法、提拉法、热交换法、水平结晶法、弧熔法、升华法、导模法、坩埚下降法等。本文主要对应用较为广泛的焰熔法、提拉法、泡生法、热交换法、导模法、下降法、等生长工艺进行论述。 【关键词】蓝宝石晶体晶体生长工艺研究蓝宝石晶体的化学成分是氧化铝(a -AI2O3 ),熔点高达2050C,沸点3500C,硬度仅次于金刚石为莫氏硬度9，是一种重要的技术晶体。蓝宝石晶体在光学性能、机械性能和物理化学性质方面表现出了优异性能,因此被各行业广泛应用,同时随着现代科学技术的发展,对蓝宝石晶体的质量要求也不断提升,这就对蓝宝石晶体生长工艺提出了新的挑战。 焰熔法。确切来讲焰熔法是由弗雷米、弗尔、乌泽在
1885 年发明的，后来法国化学家维尔纳叶改进、发 展并投入生产使用。焰熔法是以Al2O3 粉末为原 料，置于设备上部，原料在撒落过程中通过氢及氧气 在燃烧过程中产生的高温火焰，熔化，继续下落，落 在设备下方的籽晶顶端，逐渐生长成晶体。焰熔法生 产设备主要有料筒、锤打机构、筛网、混合室、氢气 管、氧气管、炉体、结晶杆、下降机构、旋转平台等 组成。锤打机构使料筒振动，与筛网合作使粉料少 量、等量或周期性的下落；氧气与粉末一同下降、氢气与氧气混合燃烧；在炉体设有观察窗口可通过望远镜查看结晶状况，下降机构控制结晶杆的移动，旋转平台为晶体生长平台，下方置以保温炉。焰熔法具有生长速度快、设备简单、产量大的优点，但是生产出的晶体缺陷较多，适用于对蓝宝石质量要求不高的晶体生产。 提拉法。提拉法能够顺利地生长某些易挥发的化合物，应用较为广泛。提拉法工艺：将原料装入坩埚中熔化为熔体，籽晶放入坩埚上方的提拉杆籽晶夹具中，降低提拉杆使籽晶插入熔体中，在合适的温度下籽晶不会熔掉也不会长大，然后转动和提升晶体，当加热功率降低时籽晶就会生长，通过对加热功率的调节和提升杠杆的转动即可使籽晶生长成所需的晶体。
熔融纺丝工艺试验报告文稿归稿存档编号：[KKUY-KKIO69-OTM243-OLUI129-G00I-FDQS58-
熔融纺丝工艺实验 一，实验目的 合成纤维的成形普遍采用高聚物的熔体或浓溶液进行纺丝，前者称为熔体纺丝，后者称为溶液纺丝。本实验采用切片纺丝的方法，将聚合物熔体经过铸带，切粒等工序制成“切片”，然后在纺丝机上重新熔融成熔体并进行纺丝。 1.了解和掌握切片熔融纺丝的工艺路线和基本方法，通过熟悉并掌握常规纤维的成型条件和工艺参数。 2.了解熔融纺丝及牵伸设备的结构和各种部件的作用。 二，实验原理 整个熔体纺丝过程包括纺丝熔体的制备，熔体自喷丝孔挤出，熔体细流拉长变细，冷却固化，丝条的上油和卷绕。在切片熔融阶段，切片受热后结晶破坏，使其有一定结晶度的固体状态转变为均匀的粘流态，这是物理变化。在冷却形成阶段聚合体发生的主要是物理变化，熔融后的聚合体在一定的压力下通过喷丝孔，形成熔体细流，熔体细流刚离开喷丝板时，由于熔体的弹性效应而出现膨胀现象，使熔体直径逐渐扩大，在纺程上细流受到卷绕拉力的作用，这时纤维直径急剧变细，同时丝条运动速度逐步加快，又由于空气冷却的作用，使聚合体温度下降，粘度增高，速度增加减慢，直径变化较小，再往下聚合体凝固并逐渐冷却至玻璃化温度以下，进入玻璃态，纤维固化，又由于固化后的纤
维干燥而松散，以及纤维与设备，纤维与纤维之间相互摩擦产生静电，导致毛丝，给后加工带来困难，因此需经过给湿上油，增加纤维间抱合力，抗静电，使纤维变得柔软，平滑并获得良好的手感及弹性。 熔体纺丝过程的参数：指对纺丝过程的进行以及卷绕丝结构和性质起主导作用的参数。这类参数有：成纤高聚物的种类；挤出温度；喷丝孔直径；喷丝孔长度；纺丝线的单纤维根数；质量流量；纺丝线长度，卷绕速度；冷却条件。 三，实验仪器及工艺过程 1.纺丝工艺流程：切片、干燥、熔融挤出、冷却成形、上油、牵伸、卷绕。 2.切片干燥的目的：除去水分，提高切片的含水的均匀性，提高结晶度及软化点。 3.熔融挤出：①螺杆挤出机由螺杆，套筒，传动部分，加料斗，加热和冷却装置构成。螺杆机挤出机是纺丝机的主要部件。②从工作区来分，可分为三段，进料段，压缩段和计量段。在整个挤出过程中，螺杆完成三个操作：切片的供给，切片的熔融和熔体的计量挤出，同时使物料起到混匀和塑化作用。③螺杆高聚物的优点：螺杆的不断旋转，提高传热系数，使切片熔融过程强化，螺杆挤出机能强制输送各种粘度较高的熔体，螺杆旋转输送熔体，熔体被塑化搅拌均匀，在机内停留时间较短，一般为5-10分钟，大大减少了熔体热分解的可能性。
熔融纺丝法制备辐射制冷织物的研究方案 一、研究背景 在织物表面涂覆辐射制冷涂料的方法制备的辐射制冷织物存在许多局限性，如不透气性、质地较硬、手感不良、不耐磨和洗涤，该织物制品的适应性差，应用场景受限。为了改善辐射制冷织物的上述局限性，通过熔融纺丝的方法将具有高反射和高发射的功能填料在纺丝的过程中熔融到其中，制得具有高反射和高反射的织物纤维丝，再用途根据要求将该织物纤维丝纺织成所需织物，通过此方法制得具有高反射和高发射的辐射制冷织物，弥补了涂层法制得的织物不透气性的缺陷，该织物主要应用于服装领域。 二、原材料 熔融纺丝法制备辐射制冷织物所需原材料主要分为两大类，一是功能填料类，提供高反射和高发射功能；二是载体类，功能填料均匀分布于载体中，也是纺丝的主要原料，如表1： 表1 原材料种类 三、试验方案 1. 载体材料筛选 以载体的断裂伸长率和断裂力指标，筛选出最佳的载体材料。 从市面上调研选择几种纺丝用原料，如PE、PP、PET、TPU等改性后的母粒。称取适量的母粒放在50 mm×100 mm×3 mm的不锈钢模具中，在马弗炉中熔融，制得一块长条状样品，测定样品的断裂伸长率和断裂力，择优选择合适的载体材料。
注：a）需要若干不锈钢模具，尺寸50 mm×100 mm×3 mm； b）马弗炉，最高温度＞800℃，精度±2℃。 2. 功能填料的筛选 根据辐射制冷涂料的相关研究经验，推荐一种或几种填料。 3. 配方优化 根据优选出的载体材料和确定的功能填料，通过试验初步确定1~2种配方。 表2 试验方法 配合比设计，控制功能填料掺量（内掺法）为10%不变，改变功能填料的种类及各填料的复合比例，确定功能填料配合比例；控制功能填料的配合比例不变，改变母粒与复合填料的比例，确定性能较优的实验室配方。 4. 纺丝 根据实验室初步确定的原料配比，在纺丝机上进行纺丝，制得成卷纤维丝。
蓝宝石晶体的生长方法 自1885年由Fremy、Feil和Wyse利用氢氧火焰熔化天然红宝石粉末与重铬酸钾而制成了当时轰动一时的“日内瓦红宝石”，迄今人工生长蓝宝石的研究已有100多年的历史。在此期间，为了适应科学技术的发展和工业生产对于蓝宝石晶体质量、尺寸、形状的特殊要求，为了提高蓝宝石晶体的成品率、利用率以及降低成本，对蓝宝石的生长方法及其相关理论进行了大量的研究，成果显著。至今已具有较高的技术水平和较大的生产能力，为之配套服务的晶体生长设备——单晶炉也随之得到了飞速的发展。随着蓝宝石晶体应用市场的急剧膨胀，其设备和技术也在上世纪末取得了迅速的发展。晶体尺寸从2吋扩大到目前的12吋。 低成本、高质量地生长大尺寸蓝宝石单晶已成为当前面临的迫切任务。总体说来，蓝宝石晶体生长方式可划分为溶液生长、熔体生长、气相生长三种，其中熔体生长方式因具有生长速率快，纯度高和晶体完整性好等特点，而成为是制备大尺寸和特定形状晶体的最常用的晶体生长方式。目前可用来以熔体生长方式人工生长蓝宝石晶体的方法主要有焰熔法、提拉法、区熔法、导模法、坩埚移动法、热交换法、温度梯度法、泡生法等。而泡生法工艺生长的蓝宝石晶体约为目前市场份额的70%。LED蓝宝石衬底晶体技术正属于一个处于正在发展的极端，由于晶体生长技术的保密性，其多数晶体生长设备都是根据客户要求按照工艺特点定做，或者采用其他晶体生长设备改造而成。下面介绍几种国际上目前主流的蓝宝石晶体生长方法。
图9 蓝宝石晶体的生长技术发展 1 凯氏长晶法(Kyropoulos method) 简称KY法，中国大陆称之为泡生法。泡生法是Kyropoulos于1926年首先提出并用于晶体的生长，此后相当长的一段时间内，该方法都是用于大尺寸卤族晶体、氢氧化物和碳酸盐等晶体的制备与研究。上世纪六七十年代，经前苏联的Musatov改进，将此方法应用于蓝宝石单晶的制备。该方法生长的单晶，外型通常为梨形，晶体直径可以生长到比坩锅内径小10～30mm的尺寸。其原理与柴氏拉晶法(Czochralski method)类似，先将原料加热至熔点后熔化形成熔汤，再以单晶之晶种（Seed Crystal，又称籽晶棒）接触到熔汤表面，在晶种与熔汤的固液界面上开始生长和晶种相同晶体结构的单晶，晶种以极缓慢的速度往上拉升，但在晶种往上拉晶一段时间以形成晶颈，待熔汤与晶种界面的凝固速率稳定后，晶种便不再拉升，也没有作旋转，仅以控制冷却速率方式来使单晶从上方逐渐往下凝固，最后凝固成一整个单晶晶碇，图10即为泡生法(Kyropoulos method)的原理示意图。泡生法是利用温度控制来生长晶体，它与柴氏拉晶法最大的差异是只拉出晶颈，晶身部分是靠着温度变化来生长，少了拉升及旋转的干扰，比较好控制制程，并在拉晶颈的同时，调整加热器功率，使熔融的原料达到最合适的
设备与工厂 Equipment &Factory 收稿日期:2008202220 作者简介:王维新(1961-),女,1984年毕业于沈阳建筑工程学院机械制造工艺与设备专业,现主要从事非织造布设备的研制工作,高级工程师。 谈熔融纺丝整板式纺丝模头设计 王维新 (辽宁天维纺织研究建筑设计有限公司,辽宁沈阳110016) 摘要:概述了纺丝模头的作用,介绍了熔融纺丝生产线上纺丝模头的设计、材料选择、加工及维护保养等。 关键词:非织造布;纺粘法:纺丝模头;设计 中图分类号:TS173.8 文献标识码:A 文章编号:100522054(2008)0320044204 在熔融纺丝技术中,纺丝模头是纺丝设备中比较关键的部件,它与喷丝板组合直接影响产品的质量,控制着生产线的产量。因此要提高熔融纺丝技术水平,首先要设计制造出高品质的纺丝模头。纺丝成型是一个很复杂的过程,涉及到高分子材料学、流体力学、热力学、摩擦学、机械学等多种学科。加之受不同原料生产工艺和产品要求的制约,纺丝模头的设计相对于其它成型模具的设计更为困难。 1 设计及应用 为了确保喷丝板喷出的丝径均匀连续,就必须保证纺丝模头沿整个长度和宽度上获得均匀的熔流,并且使各喷丝孔喷出的丝束流量相同、压力损失相等和剪切速率相同。设计中应采用优化的流道设计,各流道的几何中心在设计中应考虑对称,为了避免熔体的渗漏,注意尽量减少模头内型腔面积。流道根据产品要求设计成各种形状,分为大、小衣架式模头、T 型模头和鱼尾型模头几种。目前在单泵纺丝箱中应用最广的是带衣架形熔体分配器的衣架式模头,而多泵箱体采用的是多个小衣架式模头,设计合理,可实现满意的熔体分配,且最大限度地不受工作条件的影响。 判断纺丝模头设计是否合理、熔体分配质量的 好坏很大程度上取决于模头流道的形状,设计中应选用压力降最小、聚合物均匀挤出且停滞时间最短的流道结构。对于衣架式模头,特定的材料和特定纵横比的截面,存在一个过渡区长度和扩散角的最佳组合。 挤出机挤出的熔体经预过滤器、熔体分配管路输送到纺丝泵,进入纺丝模头,整板式纺丝模头的作用就是使来自挤出机的熔体按要求的方式均匀地分配,因此,纺丝模头是纺丝箱体除纺丝泵、纺丝组件外的的核心部件,并且是主要承重件。 2 纺丝模头的机械设计 模头的机械设计是指模头工作过程中产生的变形和受力的计算、所用材料和热处理工艺的选择。设计中要保证模头工作中不被破坏,保证使熔流均匀分配并符合流变学要求的几何形状。 (1)内压下与组件密封表面的设计; (2)内压下模头壁产生的变形在允许的范围内 的设计。 纺丝模头的机械设计与流变设计有着密切的联系,设计时,首先用流变学设计将流道几何尺寸限定下来,再通过流动计算估计压力分布。流动计算在工作范围内按最大粘度、最低温度和最大挤出量进行,从而确定模头中压力和壁上的剪切应力。校验模头弯曲变形和剪切变形中的作用力可根据应力和流道壁的面积进行计算,设计中还必须要考虑模头重量的影响。 第16卷第3期2008年6月 非织造布Nonwovens Vol 116,No 13 J un 1,2008
大规格蓝宝石单晶体生长炉技术说明 一、项目市场背景 α-Al2O3单晶又称蓝宝石，俗称刚玉，是一种简单配位型氧化物晶体。蓝宝石晶体具有优异的光学性能、机械性能和化学稳定性，强度高、硬度大、耐冲刷，可在接近2000℃高温的恶劣条件下工作，因而被广泛的应用于红外军事装置、卫星空间技术、高强度激光的窗口材料。其独特的晶格结构、优异的力学性能、良好的热学性能使蓝宝石晶体成为实际应用的半导体GaN/Al2O3发光二极管(LED)，大规模集成电路SOI和SOS及超导纳米结构薄膜等最为理想的衬底材料。低成本、高质量地生长大尺寸蓝宝石单晶已成为当前面临的迫切任务。 蓝宝石晶体生长方式可划分为溶液生长、熔体生长、气相生长三种，其中熔体生长方式因具有生长速率快，纯度高和晶体完整性好等特点，而成为是制备大尺寸和特定形状晶体的最常用的晶体生长方式。目前可用来以熔体生长方式人工生长蓝宝石晶体的方法主要有熔焰法、提拉法、区熔法、坩埚移动法、热交换法、温度梯度法和泡生法等。但是，上述方法都存在各自的缺点和局限性，较难满足未来蓝宝石晶体的大尺寸、高质量、低成本发展需求。例如，熔焰法、提拉法、区熔法等方法生长的晶体质量和尺寸都受到限制，难以满足光学器件的高性能要
求；热交换法、温度梯度法和泡生法等方法生长的蓝宝石晶体尺寸大，质量较好，但热交换法需要大量氦气作冷却剂，温度梯度法、泡生法生长的蓝宝石晶体坯料需要进行高温退火处理，坯料的后续处理工艺比较复杂、成本高。 二、微提拉旋转泡生法制备蓝宝石晶体工艺技术说明 微提拉旋转泡生法制备蓝宝石晶体方法在对泡生法和提拉法改进的基础上发展而来的用于生长大尺寸蓝宝石晶体的方法，主要在乌克兰顿涅茨公司生产的 Ikal-220型晶体生长炉的基础上改进和开发。晶体生长系统主要包括控制系统、真空系统、加热体、冷却系统和热防护系统等。微提拉旋转泡生法大尺寸蓝宝石晶体生长技术主要是通过调控系统内的热量输运来控制整个晶体的生长过程，因此加热体与热防护系统的设计，热交换器工作流体的选择、散热能力的设计，晶体生长速率、冷却速率的控制等工艺问题对能否生长出品质优良的蓝宝石晶体都至关重要。 微提拉旋转泡生法制备蓝宝石晶体，生长设备集水、电、气于一体，主要由能量供应与控制系统、传动系统、晶体生长室、真空系统、水冷系统及其它附属设备等组成。传动系统作为籽晶杆(热交换器)提拉和旋转运动的导向和传动机构，与立柱相连位于炉筒之上，其主要由籽晶杆(热交换器)的升降、旋转装置组成。提拉传动装置由籽晶杆(热交换器)的快速及慢速升降系统两部分组成。籽晶杆(热交换器)的慢速升降系统由稀土永磁直流力矩电机，通过谐波减速器与精密滚珠丝杠相连，经滚动直线导轨导向，托动滑块实现籽晶杆(热交换器)在拉晶过程中的慢速升降运动。籽晶杆(热交换器)的快速升降系统由快速伺服电机经由谐波减速器上的蜗杆、蜗杆副与谐波的联动实现。籽晶杆的旋转运动由稀土永磁式伺服电机通过楔形带传动实现。该传动系统具有定位精度高、承载能力大，速度稳定、可靠，无振动、无爬行等特点。采用精密加热，其具有操作方法简单，容易控制的特点。在热防护系统方面，该设计保温罩具有调节气氛，防辐射性能好，保温隔热层热导率小，材料热稳定性好，长期工作不掉渣，不起皮，具有对晶体生长环境污染小，便于清洁等优点。选用金属钼坩埚，并依据设计的晶体生长尺寸、质量来设计坩埚的内径、净深、壁厚等几何尺寸，每炉最大可制备D200mmX200mm，重量25Kg蓝宝石单晶体。Al2O3原料晶体生长原料采用纯度为5N的高纯氧化铝粉或熔焰法制备的蓝宝石碎晶。 从熔体中结晶合成宝石的基本过程是：粉末原料→加热→熔化→冷却→超过临界过冷度→结晶。 ９９．９９％以上纯度氧化铝粉末加有机黏结剂，在压力机上形成坯体；先将该坯体预先烧成半熟状态的氧化铝块，置入炉内预烧，将炉抽真空排出杂质气体，先后启动机械泵、扩散泵，抽真空至１０↑［－３］－１０↑［－４］Ｐａ，当炉温达１５００－１８００℃充入混合保护气体，继续升温至设定温度（２１００－２２５０℃）；（３）炉温达设定温度后，保温４－８小时，调节炉膛温度
PLA纤维熔融纺丝生产工艺 合成纤维在纺织纤维中所占比重较高，现已广泛应用于工农业生产、服饰、家居等领域，但由于其原料大都取自石油、煤炭等不可再生资源，且使用后难 降解，易造成污染，因此，可降解、再生的“绿色环保”纤维材料成为今后合 成纤维研究的方向。 近年来，随着聚乳酸（PLA）纤维聚合工艺的局部成熟，它被认为是最具发 展前景的“绿色环保”纤维之一，它具有良好的生物降解性和循环再生性，同 时又具有芯吸导湿性、良好的抗紫外线性和耐菌性、优良的阻燃性、出色的回 弹性及悬垂性。 PLA纤维POY－DT技术由于工艺路线简单、成本低、污染小，且常规设备进 行适当改造后可以工业化生产，已经成为PLA纤维的一大生产方向。 浙江上虞新天龙化纤通过北京中丽POY纺丝线及山西晋中改造的平行牵伸 机设备，已成功开发生产了50D、98D系列PLA长丝纤维，较大程度地克服了PL A可纺性差、易水解、纺丝成形温度窄等技术难题，提高了纤维织物的档次。 一、生产实例 设备 北京中丽POY纺丝试验线， 日本汤浅导丝系统，山西晋中改造的平行牵伸机（KV 505）。
原料 美国Largill Dow 公司生产的PLA切片， 日本竹本公司生产的POY油剂。 工艺 PLA切片→干燥→螺杆挤压→预过滤→纺丝箱→冷却上油→POY卷绕→热盘拉伸→DT纤维 二、工艺探讨 1. 切片干燥 像PET一样，PLA切片必须经过干燥处理后才能进行熔融纺丝。 PLA属聚酯类产品，由于其聚合物在活跃和潮湿的环境中会通过酯键断裂发生水解而产生降解，造成分子量大幅下降，从而严重影响成品纤维的品质，因此纺丝前要严格控制PLA聚合物的含水率（<50×10-6）。 PLA切片干燥后含水率与干切片特性粘度的控制尤为重要，因为含水率控制不当引起的分子量损失将给正常的熔融纺丝带来困难。 从生产试制55dtex／24 f PLA纤维的工艺来看，长丝生产要求PLA干切片的含水率最好在30ppm以下。
一、蓝宝石生长 1.1 蓝宝石生长方法 1.1.1 焰熔法Verneuil (flame fusion) 最早是1885年由弗雷米（E. Fremy）、弗尔（E. Feil） 和乌泽（Wyse）一起，利用氢氧火焰熔化天然的红宝石粉末 与重铬酸钾而制成了当时轰动一时的“ 日内瓦红宝石”。后 来于1902年弗雷米的助手法国的化学家维尔纳叶（Verneuil） 改进并发展这一技术使之能进行商业化生产。因此，这种方 法又被称为维尔纳叶法。 1）基本原理 焰熔法是从熔体中生长单晶体的方法。其原料的粉末在 通过高温的氢氧火焰后熔化，熔滴在下落过程中冷却并在种 晶上固结逐渐生长形成晶体。 2）合成装置与条件、过程 焰熔法的粗略的说是利用氢及氧气在燃烧过程中产生 高温，使一种疏松的原料粉末通过氢氧焰撒下焰融，并落在 一个冷却的结晶杆上结成单晶。下图是焰熔生长原料及设备 简图。这个方法可以简述如下。图中锤打机构的小锤7按一 定频率敲打料筒，产生振动，使料筒中疏松的粉料不断通过 筛网6，同时，由进气口送进的氧气，也帮助往下送粉料。 氢经入口流进，在喷口和氧气一起混合燃烧。粉料在经过高温火焰被熔融而落在一个温度较低的结晶杆2上结成晶体了。炉体4设有观察窗。可由望远镜8观看结晶状况。为保持晶体的结晶层在炉内先后维持同一水平，在生长较长晶体的结晶过程中，同时设置下降机构1，把结晶杆2缓缓下移。 焰熔法合成装置由供料系统、燃烧系统和生长系统组成，合成过程是在维尔纳叶炉中进行的。 A.供料系统 原料：成分因合成品的不同而变化。原料的粉末经过充分拌匀，放入料筒。如果合成红宝石，则需要Al2O 粉末和少量的 Cr2O3参杂，Cr2O3用作致色剂，添加量为 1-3%。三氧化 3 二铝可由铝铵矾加热获得。料筒：圆筒，用来装原料，底部有筛孔。料筒中部贯通有
岗位操作责任制 转鼓工 1、操作流程：投料→干燥→试纺看色→出料→清洁鼓。 2、严格按工艺单进行投、出料，不允许无故拖延时间，影响正常 生产。 3、投料：将转鼓进料口对准投料口，把已配好的原辅料依次经过 漏斗加入鼓中，待原辅料全部投完，将转鼓投料口的盖子盖好（注意不要忘记盖子上的密封垫子，以防漏真空）。启动电机，使转鼓正常。 4、干燥：待庄股温度升到95-100℃，关好放气阀门，启动真空泵， 检查冷却水是否正常，然后先打手动开前级泵，待真空下降后再打自动，直至罗茨泵开启。一小时做一次记录，观察蒸汽压力和升温情况，发现问题，及时解决。 5、出料：应由转鼓组长通知化验室取样做含水，待含水合格后方 可出料，出料时，清理料车，保证料车无残余料，按工艺要求试纺看色。 6、转鼓应该根据品种的改变，安排清洗鼓，确保颜色。 7、下班时，必须对设备、仪表、料仓、地面进行全部清扫。 纺丝工序 （一）升温 1、配合电工、机修人员检查电器、仪表、线路、设备是否正常。
2、先升过滤器、箱体、大法兰，后升螺杆，当箱体、过滤器、大 法兰升到90-100℃时，观察是否有水蒸气或油水共沸物冒出。恒温2小时左右（特别是新加入的导热油）。恒温的目的是把水蒸气蒸发出来，然后再升到120℃再恒温，再升到150℃，再恒温，然后升到200℃，直至升到工艺要求的设定温度。 （二）开车 1、检查一下预热炉内所需要的组件，是否合格。 2、检查一下计量泵是否灵活（预先用手盘动）。 3、检查一下各区温度是否符合工艺要求。 4、开启螺杆，打开进料口，观察一次过滤器及出料口出浆情况。（三）纺丝 1、待浆正常后，按要求装还组件，合格打铃下丝。 2、纺丝过程中检查硬头丝、注头丝、毛丝等，有问题及时处理。 3、设备运转出现故障，及时汇报到分厂。 4、遇到突然停电，在半小时之内做好保温工作，超过30分钟以 上，做好拆头工作。 （四）交接班 1、本班出现的问题不允许拖到下一班，不当班解决的，汇报分厂。 2、各工作区的卫生下班必须清洁干净。 组件工序 1、班中检查煅烧炉，真空炉运行是否正常。
国内外蓝宝石市场现状及生长方法介绍 发布日期:2011-04-08来源:统计整理作者:网络阅读: 1032[ 字体选择：大中小 ] 蓝宝石市场前景广阔,但目前生产大尺寸蓝宝石晶体技术主要被俄罗斯和欧美企业垄断。据统计,目前全球70%的蓝宝石衬底由俄罗斯企业提供,另外30%由美国和欧洲掌控。国内尚未形成产业化生产的蓝宝石衬底片生产厂家。 蓝宝石是制作芯片的重要原料,占LED芯片原料费的10%。2010年第三季度后,全球蓝宝石产量居前两名的公司纷纷涨价,直接影响了LED芯片及封装价格上涨。 蓝宝石是指非红色的氧化铝（Al2O3）。含有杂质的蓝宝石很早以前就被作为宝石，由于其具有多种光学、机械、电气、热以及化学特性，因此还被广泛应用于工业等多种领域，而且应用范围仍在不断扩大之中。其中，能够合成制造出蓝宝石更是意义重大。蓝宝石的主要用途包括LED和LED底板。 LED市场在2010年经历了史无前例的发展。随着市场的发展，制造蓝色和白色GaN类LED时使用的蓝宝石底板的需求也大幅增长。对底板成品的需求由每月按2英寸换算（TIE)为100万（2009年12月）增加到了200万（2010年第四季度）。 2009年第四季度，蓝宝石的加工能力满足需求还有余力。也就是说，加工蓝宝石的企业还能应对当时的需求。但是，材料的供应能力在2009年年底就逐步达到了极限。生产蓝宝石材料的企业大部分都因为2009年的金融危机和一直持续到09年的巨大物价压力而陷入苦于资金周转的困境。另外，由于新设备的导入和运转通常需要半到一年的时间，2010年产能缓慢上升，因而无法适应需求的急剧增加。由此产生了严重的材料短缺，导致价格暴涨。 蓝宝石芯材（Core）和坯料（Blank）由商品变身为“战略性材料”，大量的蓝宝石生产商时隔数年又重新掌握了定价的主导权。而且，他们可以将价格设定为能够最大限度获取利润的水平。其结果是，蓝宝石晶圆的美国国内售价超出我们的预想，上涨到了30美元，现金交易市场上的价格更是超过了30美元。很多加工蓝宝石的企业和LED厂商为确保产能已经预付了货款，目的是防止生产线停工。 生产蓝宝石晶棒的工艺主要有泡生法(KY法、凯氏长晶法)、提拉法(C Z法、柴氏拉晶法)、温度梯度法(TGT法)等，其中泡生法为主流工艺，生产的蓝宝石晶体约占70%，钻取率约30%。 蓝宝石晶体原材料为氧化铝碎晶，生产利用率大于97%，已经完全国产化。蓝宝石单晶产品即为蓝宝石坯料，可直接出售，不合格品可直接作为原材料再次加工。其他消耗材料如钨钼材料、金刚石刀具、传感器、仪表等均国产化。预计由蓝宝石生产蓝宝石晶棒的原材料、耗材均可由国内充分供应，此环节的短板主要在于长晶炉依赖进口。 国内主要的蓝宝石晶体炉厂家都是高校研究机构，包括西安理工大学、哈尔滨工业大学以及重庆第二十六研究所等。但国内目前的生产技术只能生产2英寸以下的蓝宝石晶棒，长成的晶体与氮化镓(GaN)的晶格错位较大，无法用于LED的蓝宝石衬底领域，大多用于手表表面外壳等。 蓝宝石晶棒的供应商有美国的Rubicon、Honeywell，俄罗斯的Monocrystal、ATLAS，韩国STC 及国内合晶光电、越峰(台聚转投资)、尚志(大同转投资)及鑫晶钻(奇美、鸿海转投资)。
纤维的熔融纺丝 H2H2C6H4 摘要：聚对苯二甲酸乙二醇酯化学式为-[OC-C OCO CO]-，简称PET，为高分子 聚合物，由对苯二甲酸乙二醇酯发生脱水缩合反应而来。对苯二甲酸乙二醇酯是由对苯二甲酸和乙二醇发生酯化反应所得。本文对PET的生产进行了详细的概述，包括其原料组成、常用催化剂以及聚合酯化的各种方法和操作流程,同时介绍了涤纶的制备方法和工艺流程，包括纺丝中各组件的作用和控制要点。 关键词：涤纶二步纺聚对苯二甲酸乙二醇酯对苯二甲酸乙二醇 1 引言 纤维成形过程包括液体纺丝及液体细流的冷却固化过程。纺丝成形的方法较多，目前工业生产上主要采用熔法、干法及湿法。这三种方法的纺丝及冷却固化过程的基本原理虽有相同之点，但各有其特点。 （1）熔法纺丝 熔法纺丝是很早就实现了工业化的纺丝法，无论从纺丝原理到生产实际过程都是很成熟的方法。聚酯纤维、聚酰胺纤维、聚烯烃类纤维等均用此法生产。熔法纺丝是在熔融纺丝机中进行的。聚合物颗粒加入纺丝机后，受热熔融而成为熔体。此熔体通过纺丝泵打入喷丝头，在一定的压力下熔体通过喷丝头的小孔流出，形成液体细流。细流在纺丝通道流出时同空气接触，进行热交换冷却固化成为初生纤维。纺丝中丝线的粗细及根数受到通道冷却速度的限制，所以纺丝的速度也受冷却速度的限制，一般可达1000～1500米／分。如果采取措施，能强化冷却固化过程，改进通道的冷却条件，纺丝的速度可提高到4000～5000米／分。纺成的丝线越粗，成形速度就越低。 熔体成形法所制得的纤维的纤度为0.25～20特，（注：9旦为1特）要形成更细的纤维将会增加成形的不稳定性，并降低生产能力。如形成太粗的纤丝则传热困难，并将增加通道的长度。如果用软化聚合物的方法成形，由于熔体的粘度太大，不可能将熔体从直径很小的喷丝孔中压出，所以不能生产很细的丝线。在熔法及软化聚合物法制成纤度大的单丝时为了强化冷却过程，可以采用冷却浴（水浴及水溶液的方法）进行冷却。用此法一般生产聚烯烃、聚酰胺、聚酯、聚氯乙烯及其它聚合物的单丝，成形的速度不大，一般为30米／分左右。 （2）干法纺丝 聚合物溶液干法成形时用纺丝泵喂料，从喷丝孔流出的液体细流送入成形通道，在此通道中吹入热空气蒸发溶剂，制得的丝线送入卷绕装置。干法成形时溶剂的蒸发使聚合物产生解溶剂化作用，细流的流动性急剧下降，使其转为固态。干法成形的纤维有醋酸纤维、聚烯烃、聚氯乙烯、过氯乙烯等纤维。 用挥发性溶剂增塑聚合物的成形与溶液干法原则上区别不大。一般是聚氯乙烯和聚苯乙烯采用此法成形。
第三章熔体纺丝工艺原理总结 概述 熔体纺丝属于聚合物直接纺丝方法，相对于溶液纺丝方法而言，工艺简单，速度快，对环境影响较小，适合于几乎所有热塑性聚合物的纺丝。溶液纺丝分为干法纺丝（使用挥发性溶剂）和湿法纺丝（采用非挥发性溶剂）两种方法。由于涉及到溶剂的回收和物质交换，因此纺丝速度低于熔体纺丝，而且溶液纺丝成形过程中丝条所经受的拉伸少，纤维强力低，因此应用很少，只有少数聚合物纺丝使用。 PP、PE、PA 和PET一般采用熔体纺丝；醋酯、聚氨酯和一部分PAN采用干法纺丝；粘胶纤维、维纶、铜氨纤维和大部分PAN纤维采用湿法纺丝。 思考题：试比较熔体纺丝、干法纺丝和湿法纺丝法的工艺特征和产品特征。 第一节熔体纺丝成网工艺原理 聚合物切片送入螺杆挤出机，经熔融、挤压、过滤、计量后，由喷丝孔喷出，长丝丝束经气流冷却牵伸后，均匀铺放在凝网帘上，形成的长丝纤网经固网工序（热粘合、化学粘合、水刺或针刺）加固后成为熔体纺丝成网法非织造材料。 1、工艺流程为： 聚合物切片→切片烘燥→熔融挤压→纺丝→冷却→牵伸→分丝→铺网→加固→切边→卷绕 2、纺粘非织造工艺参数：聚合物种类、熔融挤压条件、纺丝孔尺寸、冷却空气、拉伸/牵伸方式、固网方法（重点掌握热轧粘合工艺参数对纺粘非织造布结构和性能的影响）。 思考题：试画出化纤长丝生产和纺粘非织造布生产工艺流程图，并标出每个工艺步骤的名称和作用。 一、熔体纺丝工艺特点 熔体纺丝工艺具有过程简单和纺丝速度高的特点，在熔体纺丝过程中，成纤高聚物经历了两种变化，即几何形状的变化和物理状态的变化。 几何形状的变化是指成纤高聚物经过喷丝孔挤出和拉长而形成连续细丝的过程；物理变化即先将高聚物变为易于加工的流体，挤出后为保持已经改变了的几何形状和取得一定的化纤结构，使高聚物又变为固态。
·概述 ·熔体纺丝工艺原理 ·装置纺丝工艺流程及特点简介·附加和辅助设备简介 第一篇 涤纶短纤维纺丝工艺部分 第一章合成纤维概述 合成纤维即用石油、天然气、煤及农副产品等为原料，经一系列的化学反应，制成合成高分子化合物，再经加工而制成的纤维。其生产始于本世纪30年代中期，由于其性能优良，用途广泛，原料来源丰富，生产又不受气候或土壤条件的影响，所以合成纤维工业自建立以来，发展十分迅速。在品种方面，占主导地位的是涤纶、锦纶和晴纶。 合成纤维的纺丝成型方法主要有熔体纺丝法和溶液纺丝法两种。溶液纺丝是化学纤维传统的成型工艺，根据纺丝原液细流的凝固方式不同，又分为湿法纺丝和干法纺丝。 湿法纺丝是指纺丝溶液经混合、过滤和脱泡等纺前准备，送至纺丝机，通过计量泵、过滤器、连接管，进入喷丝头，从喷丝头毛细孔中压出的原液细流进入凝固浴，原液细流中的溶剂向凝固浴扩散，浴中的沉淀剂向细流扩散，高聚物在凝固浴中析出而形成纤维。湿法纺丝中的扩散和凝固是一些物理化学过程，但在某些化学纤维(如粘胶纤维)的湿法纺丝过程中，还同时发生化学变化，因此，湿法纺丝的成形过程是比较复杂的。 干法纺丝是指从喷丝头毛细孔中压出的原液细流不是进入凝固浴，而是进入纺丝甬道中。由于通入甬道中的热空气流的作用，使原液细流中的溶剂快速挥发，挥发出来的溶剂蒸汽被热空气流带走。在逐渐脱去溶剂的同时，原液细流凝固并伸长变细而形成初生纤维。在干法纺丝过程中，纺丝原液与凝固介质(空气)之间只有传热和传质过程，不发生任何化学变化。干法纺丝的成形过程与熔体纺丝有某些相似之处，它们都是在纺丝甬道中使高聚物液流的粘度达到某一极限值来实现凝固的，所不同的在于熔体纺丝时，这个过程是借温度下降而达到，而干法纺丝则是通过高聚物浓度的不断增大而完成的。 熔体纺丝是指成纤高聚物在高于其熔点10—40 C的熔融状态下，形成较稳定的纺丝熔体，然后通过喷丝孔挤出成型，熔体射流在空气或液体介质中冷却凝固，形成半成品纤维，再经过拉伸、热定型等后处理工序，即成为成品纤维。在纤维成形过程中，只发生熔体细流与周围空气的热交换，而没有传质过程，故熔体纺丝法较为简单。合成纤维的主要品种中，涤纶、锦纶和丙纶等均是以熔体纺丝法生产的。因此，熔体纺丝是合成纤维纺丝成型中最重要的方法。
蓝宝石晶体介绍 1、蓝宝石晶体介绍 ' N- Q* y+ R5 P* C 蓝宝石的组成为氧化铝(Al2O3)，是由三个氧原子和两个铝原子以共价键型式结合而成,其晶体结构为六方晶格结构.它常被应用的切面有A-Plane,C-Plane及R-Plane.由于蓝宝石的光学穿透带很宽,从近紫外光(190nm)到中红外线都具有很好的透光性.因此被大量用在光学元件、红外装置、高强度镭射镜片材料及光罩材料上，它具有高声速、耐高温、抗腐蚀、高硬度、高透光性、熔点高（2045℃）等特点，它是一种相当难加工的材料，因此常被用来作为光电元件的材料。目前超高亮度白/蓝光LED的品质取决于氮化镓磊晶(GaN)的材料品质，而氮化镓磊晶品质则与所使用的蓝宝石基板表面加工品质息息相关，蓝宝石(单晶Al2O3 )C面与Ⅲ-Ⅴ和Ⅱ-Ⅵ族沉积薄膜之间的晶格常数失配率小，同时符合GaN 磊晶制程中耐高温的要求，使得蓝宝石晶片成为制作白/蓝/绿光LED的关键材料.4 C% ?) j9 V0 |. W2 B% y5 w2 [ 0 H1 f' f9 h. z7 s 2、蓝宝石晶体的生长方法常用的有两种: 2 c: c7 }" N: x0 H 3 ~ 1:柴氏拉晶法(Czochralski method),简称CZ法.先将原料加热至熔点后熔化形成熔汤，再利用一单晶晶种接触到熔汤表面，在晶种与熔汤的固液界面上因温度差而形成过冷。于是熔汤开始在晶种表面凝固并生长和晶种相同晶体结构的单晶。晶种同时以极缓慢的速度往上拉升，并伴随以一定的转速旋转，随着晶种的向上拉升，熔汤逐渐凝固于晶种的液固界面上，进而形成一轴对称的单晶晶锭. 2 p/ f1 ?8 x5 J0 {9 T3 @' k 2:凯氏长晶法(Kyropoulos method),简称KY法,大陆称之为泡生法.其原理与柴氏拉晶法(Czochralskime thod)类似，先将原料加热至熔点后熔化形成熔汤，再以单晶之晶种(SeedCrystal，又称籽晶棒)接触到熔汤表面，在晶种与熔汤的固液界面上开始生长和晶种相同晶体结构的单晶，晶种以极缓慢的速度往上拉升，但在晶种往上拉晶一段时间以形成晶颈，待熔汤与晶种界面的凝固速率稳定后，晶种便不再拉升，也没有作旋转，仅以控制冷却速率方式来使单晶从上方逐渐往下凝固，最后凝固成一整个单晶晶碇. . J+ K6 Y% m$ ~0 m 0 f4 c5 v, k. h- U2 O: ` c ; h- h6 w# N0 U+ l , N2 h5 J6 E# l' G7 k 蓝宝石基片的原材料是晶棒,晶棒由蓝宝石晶体加工而成# h5 `% W5 a! _1 I7 a( H [淘股吧] C7 _7 b( @+ f( C7 W n 广大外延片厂家使用的蓝宝石基片分为三种:, p, O, N* ^2 K# N2 M - O5 I2 h S2 q2 h6 ?: x 1:C-Plane蓝宝石基板5 c, H( p6 J0 @3 T 这是广大厂家普遍使用的供GaN生长的蓝宝石基板面.这主要是因为蓝宝石晶体沿C轴生长的工艺成熟、成本相对较低、物化性能稳定,在C面进行磊晶的技术成熟稳定. 3 i) D2 I) m6 C) [ " e0 m9 N, D) D5 a 2:R-Plane或M-Plane蓝宝石基板 3 q0 P8 l! W7 U$ ~2 B1 ~2 s 主要用来生长非极性/半极性面GaN外延薄膜,以提高发光效率.通常在蓝宝石基板上制备的GaN外延膜是沿c轴生长的，而c轴是GaN的极性轴，导致GaN基器件有源层量子阱中出现很强的内建电场，发光效率会因此降低，发展非极性面GaN外延，克服这一物理现象，使发光效率提高。 F. @. Y' u$ B. m+ K5 U+ E # }! k/ S- t$ v- O: e. B" V6 a 3:图案化蓝宝石基板(Pattern Sapphire Substrate简称PSS). E6 N: Y6
所谓熔体纺丝就是将聚合物熔融后并定量从喷丝孔挤出形成细流，经空气或水冷却固化，以一定的速度卷绕成纤维的纺丝方法。 The melt spinning is the polymer melting and quantitatively from the spinneret holes formed by the extrusion flow, air or water cooled and solidified in a certain speed, winding the fiber spinning method. 熔纺包括以下步骤：①制备纺丝熔体（将成纤高聚物切片熔融或由连续聚合制得熔体）；②熔体通过喷丝孔挤出形成熔体细流;③熔体细流冷却固化形成初生纤维;④初生纤维上油和卷绕。熔纺分直接纺丝法和切片纺丝法。 Melt spinning comprises the following steps: ① preparation of melt spinning (the fiber-forming polymer melt or slice by continuous polymerization melt); ② melt through a spinneret hole is extruded to form a melt stream; the stream cooling and curing to form melt spun fibers; the nascent fiber oil and winding.Direct spinning melt spinning method and spinning slice method. 所谓溶液纺丝是将将高聚物浓溶液定量从喷丝孔挤出，溶液细流经凝固浴或热空气或热惰性气体固化成纤维的方法。 The so-called solution spinning the polymer solution quantitative from the spinneret holes extrusion, a coagulation bath or solution by hot air or hot inert gas for curing method for fiber. 溶液纺丝主要可分干法纺丝和湿法纺丝两种方法。 Solution spinning can be divided for dry spinning and wet spinning of two methods. 干法纺丝是聚合物溶液通过聚合物溶剂的蒸发而固化的方法。 Dry spinning is polymer solution through the polymer solvent evaporation and curing method. 根据三种不同的物理化学原理, 湿法纺丝可进一步分为液晶法、凝胶法和相分离法三种方法。在液晶法中, 液致性聚合物的液晶溶液通过在溶液中固体结晶区的形成而固化。在凝胶法中, 聚合物溶液通过在溶液中分子间键的形成而固化, 这种现象称为凝胶化, 凝胶化是由溶液中的温度或浓度变化造成的。在相分离的情况下, 两种不同的相出现在溶液中, 一为富聚合物相, 一为贫聚合物相。According to the three kinds of physical chemical principles, wet spinning can be further divided into liquid crystal method, gel method and phase separation by three methods.In the liquid crystal, liquid polymer liquid crystal solution through crystallization in solution solid zone formation and curing.In the gel, polymer solution in the solution through intermolecular bond formation and curing, a phenomenon known as gel, gelation by solution temperature or concentration changes caused by.During the phase separation conditions, two different phase appears in the solution, a polymer phase, a polymer phase. 湿纺包括的工序是：(1)制备纺丝原液；(2)将原液从喷丝孔压出形成细流；(3)原液细流凝固成初生纤维；(4)初生纤维卷装或直接进行后处理。 W et spinning process are included: (1) preparing a spinning solution; (2) the solution from the spinneret holes forming a press; (3) a liquid solidified into nascent fibers; (4) the primary fiber package or directly after treatment.