蓝宝石长晶炉置换坩埚装置的制作方法

本申请涉及蓝宝石长晶技术领域，尤其涉及一种蓝宝石长晶炉置换坩埚装置。

背景技术：

蓝宝石具有硬度高、耐磨性好以及耐热性好等许多优异的性能。业内通常采用泡生法，在蓝宝石长晶炉内生长蓝宝石晶体。如图1至图3所示，一种现有的蓝宝石长晶炉900包括：炉筒8、设置于炉筒8顶部的上法兰1、设置于炉筒8底部的下法兰9、设置于下法兰9上的坩埚支撑轴10，以及设置于下法兰9上的底部加热器6。底部加热器6为三相交流E型结构，包括A相加热器电极爪61、B相加热器电极爪62以及C相加热器电极爪63。坩埚支撑轴10上用于放置坩埚5，底部加热器6用于对坩埚5加热，坩埚5与炉筒8之间设置有保温组件2，坩埚5与保温组件2之间还设置有侧加热器4。在蓝宝石长晶炉内生长蓝宝石晶体的工艺通常包括：首先向坩埚5中装入原料，将坩埚5及原料放入蓝宝石长晶炉900，然后对坩埚5升温加热，使原料在坩埚5内开始长晶过程。原料在坩埚5中加热融化后，通过籽晶熔接进行晶体生长，由于蓝宝石晶体生长所需温度在2000℃以上，晶体在坩埚5内存在较大的温度梯度，为保证晶体的完整性及晶体的内应力不过大，晶体生长结束后需要进行退火，之后再进行自然冷却，自然冷却后方可取出坩埚5和晶体。

晶体自然冷却后，通常采用专门的取坩埚装置取出坩埚和晶体。如图4所示，为一种现有的取坩埚装置40的结构示意图，取坩埚装置40包括：限位架41、承载架43，以及连接限位架41和承载架43的连接架42。其中，限位架41端面设置有弧状凹槽411，承载架43包括多个平行设置的坩埚爪431。由于蓝宝石长晶炉900中，在坩埚5的底部采用坩埚支撑轴10及底部加热器6的特定支撑方式，因此，取出坩埚5和晶体时，可采用液压升降平台将下法兰9下降的方式，将晶体随坩埚支撑轴10及坩埚5一起取出。如图5所示，为利用取坩埚装置40，将坩埚5和晶体取出的示意图，其中，将承载架43的坩埚爪431伸入坩埚5、坩埚轴10及底加热器6所形成的空间内，使坩埚5进入限位架41的弧状凹槽411内，通过抬升承载架43，将坩埚5从坩埚支撑轴10上托起，之后将坩埚5以及坩埚5内的晶体一同取出。

然而，在实际生产中，晶体的自然冷却，以及取出坩埚和晶体这两个流程耗时较长，通常需要60个小时，采用现有的操作方法和取坩埚装置，需要等蓝宝石长晶炉内的晶体自然冷却后，才能将坩埚和晶体取出，换入装有原料的新坩埚，严重降低蓝宝石长晶炉的稼动率。

技术实现要素：

本申请提供了一种蓝宝石长晶炉置换坩埚装置，以解决现有技术中，蓝宝石长晶炉的稼动率低的问题。

本申请实施例提供了一种蓝宝石长晶炉置换坩埚装置，所述装置包括：晶体生长室和坩埚置换室；

所述晶体生长室设置于所述坩埚置换室的顶部；

所述晶体生长室的底部与所述坩埚置换室连通，所述晶体生长室与所述坩埚置换室相连通的区域设置有开合部件；

所述坩埚置换室内部设置有冷却平台、换料平台、上下料平台以及坩埚运送组件；

所述上下料平台、所述冷却平台以及所述换料平台在所述坩埚置换室内部沿同一方向依次设置，所述上下料平台位于所述晶体生长室的底部，所述坩埚运送组件设置于所述上下料平台、所述冷却平台以及所述换料平台的一侧。

可选的，所述坩埚运送组件包括：沿水平方向设置的滑轨，以及与所述滑轨滑动连接的机械手，所述滑轨的长度大于所述上下料平台与所述换料平台之间的距离。

可选的，在第一方面的第二种可实施方式中，所述滑轨包括主干轨道，以及分别与所述主轨道连接的第一分支轨道、第二分支轨道以及第三分支轨道；

所述主干轨道与所述上下料平台、所述冷却平台以及所述换料平台的排布方向平行；

所述第一分支轨道朝向所述上下料平台的方向延伸，所述第二分支轨道朝向所述冷却平台的方向延伸，所述第三所述分支轨道朝向所述换料平台的方向延伸。

可选的，所述主干轨道两端设置有竖直滑轨，所述主干轨道两端与所述竖直滑轨滑动连接，所述主干轨道底部设置有升降气缸。

可选的，所述装置还包括真空泵，所述真空泵与所述坩埚置换室连接。

可选的，所述开合部件是法兰盘。

可选的，所述冷却平台、所述换料平台以及所述上下料平台为液压式升降平台。

由以上技术方案可知，本申请提供的蓝宝石长晶炉置换坩埚装置，该装置包括晶体生长室和坩埚置换室，晶体生长室设置于坩埚置换室的顶部，晶体生长室的底部与坩埚置换室连通，晶体生长室与坩埚置换室相连通的区域设置有开合部件；坩埚置换室内部设置有冷却平台、换料平台、上下料平台以及坩埚运送组件；上下料平台、冷却平台以及换料平台在坩埚置换室内部沿同一方向依次设置，上下料平台位于晶体生长室的底部，坩埚运送组件设置于上下料平台、冷却平台以及换料平台的一侧，其中，晶体生长室用于放置蓝宝石长晶炉，在蓝宝石长晶炉内利用坩埚生长晶体，晶体生长室中待冷却坩埚落内的晶体退火结束后，开启开合部件，使待冷却坩埚落置在上下料平台上，之后下降上下料平台至冷却平台的高度，再利用坩埚运送组件抓取待冷却坩埚，将待冷却坩埚移动至冷却平台上，利用坩埚运送组件抓取预装有晶体原料的待置换坩埚，待置换坩埚预置在换料平台上，同时，下降冷却平台，使待冷却坩埚内退火后的晶体冷却；接着利用坩埚运送组件将待置换坩埚移动至上下料平台上，上升上下料平台，将待置换坩埚送入晶体生长室，最后关闭开合部件，在晶体生长室内，对待置换坩埚内的晶体加热；通过本申请提供的蓝宝石长晶炉置换坩埚装置，可在坩埚置换室内，对装有退火后的高温晶体的坩埚与装有原料的坩埚进行置换，将装有原料的坩埚置换入长晶炉后直接升温、长晶；置换出的装有退火后的高温晶体的坩埚，可在坩埚置换室内自然冷却，缩短现有技术中，晶体自然冷却以及取坩埚所需要的时间，提升蓝宝石长晶炉的稼动率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为一种现有的蓝宝石长晶炉的结构示意图；

图2为图1中的底部加热器的结构示意图；

图3为图1中的坩埚支撑方式的示意图；

图4为一种现有的取坩埚装置的结构示意图；

图5为图4的取坩埚装置的取坩埚的示意图；

图6为本申请提供的蓝宝石长晶炉置换坩埚装置的第一实施例的示意图；

图7为图6的蓝宝石长晶炉置换坩埚装置的内部示意图；

图8为本申请提供的蓝宝石长晶炉置换坩埚装置的第二实施例的示意图；

图9为利用本申请实施例提供的蓝宝石长晶炉置换坩埚装置置换坩埚的流程图；

图10为图9中的步骤S3的示意图；

图11为图9中的步骤S4的示意图；

图12为图9中的步骤S5的示意图；

图13为图9中的步骤S6的示意图；

图14为图9中的步骤S7的示意图。

图中，1-上法兰；2-保温组件；4-侧加热器；5-坩埚；6-底部加热器；8-炉筒；9-下法兰；10-坩埚支撑轴；61-A相加热器电极爪；62-B相加热器电极爪；63-C相加热器电极爪；40-取坩埚装置；41-限位架；42-连接架；43-承载架；411-弧状凹槽；431-坩埚爪；51-待冷却坩埚；52-待置换坩埚；100-晶体生长室；200-坩埚置换室；101-开合部件；201-冷却平台；202-换料平台；203-滑轨；204-机械手；205-上下料平台；206-真空泵；2030-主干轨道；2031-第一分支轨道；2032-第二分支轨道；2033-第三分支轨道；2034-竖直滑轨；2035-升降气缸；900-蓝宝石长晶炉。

具体实施方式

实施例一

请同时参阅图1、图6和图7，为本申请提供的蓝宝石长晶炉置换坩埚装置的第一实施例，该装置包括：晶体生长室100和坩埚置换室200。晶体生长室100设置于坩埚置换室200的顶部。

晶体生长室100的底部与坩埚置换室200连通，并且，晶体生长室100与坩埚置换室200相连通区域的开口尺寸大于常用的坩埚的尺寸，以保证坩埚能够顺利在晶体生长室100的底部与坩埚置换室200之间出入。

晶体生长室100与坩埚置换室200相连通区域设置有开合部件101，在本实施例中，开合部件101即蓝宝石长晶炉900的下法兰9，可通过打开下法兰9，使得长晶炉900内的坩埚5从长晶炉900底部移出，进入坩埚置换室200。

其中，晶体生长室100可以是圆柱状的腔体，坩埚置换室200可以是长方体状的腔体，并且，坩埚置换室200的上表面的面积大于晶体生长室100的底面的面积，以保证坩埚置换室200内有足够的空间，来实现待冷却坩埚与待置换坩埚之间的置换，以及待冷却坩埚内晶体的冷却。

晶体生长室100内部用于放置与图1同一类型的蓝宝石长晶炉900，即采用底部独立加热器6进行加热的长晶炉900，由于此种结构的蓝宝石长晶炉中，底部加热器6为独立结构，因此可采用开启下法兰9的方式，将晶体随坩埚5一起下降至坩埚置换室200。

坩埚置换室200用于接收晶体生长室100内的蓝宝石长晶炉900中，已经完成退火工艺、待冷却的晶体，使待冷却的晶体在坩埚置换室200内完成冷却过程。同时，将坩埚置换室200内，装有晶体原料的新坩埚置换入晶体生长室100内的蓝宝石长晶炉900中，继续进行升温、长晶以及退火工艺，使得新坩埚内晶体的长晶和原有坩埚内的晶体冷却同时进行，有效解决现有技术中，蓝宝石长晶炉900中退火后的晶体需要较长的冷却时间，冷却后才能换入装有晶体原料的新坩埚，降低蓝宝石长晶炉900的稼动率的问题。

坩埚置换室200内部设置有冷却平台201、换料平台202、上下料平台205以及坩埚运送组件。

上下料平台205、冷却平台201以及换料平台202在坩埚置换室200内部沿同一方向依次设置，上下料平台205位于晶体生长室100的底部，坩埚运送组件设置于上下料平台205、冷却平台201以及换料平台202的一侧。冷却平台201、换料平台202以及上下料平台205为液压式升降平台，可灵活调节高度，提升坩埚的置换效率。

冷却平台201用于承载待冷却坩埚，使得待冷却坩埚内的晶体在坩埚置换室200内部完成冷却过程。

换料平台202用于承载待置换坩埚，即装有晶体原料的新坩埚，以备随时与承载待冷却坩埚进行置换，进入晶体生长室100内的长晶炉900中，进行升温、长晶以及退火工艺。

上下料平台205用于通过下降一定高度，将待置换坩埚从晶体生长室100内的蓝宝石长晶炉900中移出，以及，通过上升一定高度，将待置换坩埚送入晶体生长室100内的蓝宝石长晶炉900。

坩埚运送组件用于搬运待冷却坩埚和待置换坩埚，完成整个置换过程。在本实施例中，坩埚运送组件包括：沿水平方向设置的滑轨203，以及与滑轨203滑动连接的机械手204，上下料平台205、冷却平台201以及换料平台202均位于机械手204的滑动范围内。滑轨203的长度大于上下料平台205与换料平台202之间的距离。

坩埚运送组件可采用电动、气动或者液压驱动等方式，控制机械手204在滑轨203上滑动。

进一步地，滑轨203包括主干轨道2030，以及分别与主轨道2030连接的第一分支轨道2031、第二分支轨道2032以及第三分支轨道2033。主干轨道2030与上下料平台205、冷却平台201以及换料平台202的排布方向平行。

其中，第一分支轨道2031朝向上下料平台205的方向延伸，第二分支轨道2032朝向冷却平台201的方向延伸，第三分支轨道2033朝向换料平台202的方向延伸。机械手204可分别沿着第一分支轨道2031、第二分支轨道2032以及第三分支轨道2033移动，对上下料平台205、冷却平台201以及换料平台202上的坩埚进行取放。

本申请实施例提供的蓝宝石长晶炉置换坩埚装置，还包括真空泵206，真空泵206与坩埚置换室200连接，用于待晶体生长室100中待冷却坩埚落内的晶体退火结束后，对坩埚置换室200抽真空，使坩埚置换室200内的气压与晶体生长室100中内的气压相同，使得待冷却坩埚落内的晶体在坩埚置换室200内，达到与在晶体生长室100中同样的冷却效果。

由以上可知，本申请提供的蓝宝石长晶炉置换坩埚装置的第一实施例，通过设置晶体生长室100和坩埚置换室200，晶体生长室100设置于坩埚置换室200的顶部，晶体生长室100的底部与坩埚置换室200连通，晶体生长室100与坩埚置换室200相连通的区域设置有开合部件101，坩埚置换室200内部设置有冷却平台201、换料平台202、上下料平台205以及坩埚运送组件；可在坩埚置换室内，对装有退火后的高温晶体的坩埚与装有原料的坩埚进行置换，将装有原料的坩埚置换入长晶炉后直接升温、长晶；置换出的装有退火后的高温晶体的坩埚，可在坩埚置换室内自然冷却，缩短现有技术中，晶体自然冷却以及取坩埚所需要的时间，提升蓝宝石长晶炉的稼动率。

实施例二

请参阅图8，为本申请提供的蓝宝石长晶炉置换坩埚装置的第二实施例，该第二实施例与上述第一实施例的区别在于：主干轨道2030两端设置有竖直滑轨2034，主干轨道2030两端与竖直滑轨2034滑动连接，主干轨道2030底部设置有升降气缸2035。

通过在主干轨道2030两端设置竖直滑轨2034，在主干轨道2030底部设置升降气缸2035，使得主干轨道2030可沿着竖直滑轨2034在竖直方向移动，提升机械手204的移动灵活性。

由以上可知，本申请提供的蓝宝石长晶炉置换坩埚装置的第二实施例，在第一实施例的基础上，在主干轨道2030两端设置竖直滑轨2034，主干轨道2030两端与竖直滑轨2034滑动连接，主干轨道2030底部设置有升降气缸2035，使得主干轨道2030可沿着竖直滑轨2034在竖直方向移动，提升机械手204的移动灵活性，并可通过与可升降的冷却平台201、换料平台202以及上下料平台205相配合，提升坩埚置换的效率，从而进一步提升蓝宝石长晶炉的稼动率。

请同时参阅图9至图14，图9为利用本申请实施例提供的蓝宝石长晶炉置换坩埚装置置换坩埚的流程图。

晶体生长室100放置有待冷却坩埚51，并且待冷却坩埚51内的晶体已经完成退火工艺，即将进行下一步的冷却工艺；坩埚置换室200内的换料平台202上放置有待置换坩埚52，待置换坩埚52内装有待长晶的新的晶体原料。

可预先调节上下料平台205至晶体生长室100的底部，将冷却平台201和换料平台202的高度调节至坩埚置换室200的中部左右，并且冷却平台201和换料平台202的高度相同。

利用本申请实施例提供的蓝宝石长晶炉置换坩埚装置置换坩埚的方法包括如下步骤：

步骤S1、晶体生长室100中待冷却坩埚落51内的晶体退火结束后，对坩埚置换室200抽真空，使坩埚置换室200内的气压与晶体生长室100中内的气压相同。

具体地，利用真空泵206，对坩埚置换室200抽真空，使坩埚置换室200内的气压与晶体生长室100中内的气压相同，以保证待冷却坩埚落内的晶体在坩埚置换室200内，达到与在晶体生长室100中同样的冷却效果。

步骤S2、开启开合部件101，使待冷却坩埚51落置在上下料平台205上。

结合图1，该步骤中，将待冷却坩埚51与蓝宝石长晶炉900中的底部加热器6、坩埚支撑轴10以及位于待冷却坩埚51底部的保温组件2一同落落置在上下料平台205上。

步骤S3、如图10所示，下降上下料平台205至冷却平台201的高度。

步骤S4、如图11所示，利用坩埚运送组件抓取待冷却坩埚51，将待冷却坩埚51移动至冷却平台201上。

结合图1，该步骤中，机械手204伸入待冷却坩埚51，坩埚轴10及底加热器6所形成的空间内，将坩埚5从坩埚支撑轴10上托起并移动。

步骤S5、如图12所示，利用坩埚运送组件抓取预装有晶体原料的待置换坩埚52，待置换坩埚52预置在换料平台202上，同时，下降冷却平台201，使待冷却坩埚51内退火后的晶体冷却。

步骤S6、如图13所示，利用坩埚运送组件将待置换坩埚52移动至上下料平台205上。

步骤S7、如图14所示，上升上下料平台205，将待置换坩埚52送入晶体生长室100。

步骤S8、关闭开合部件101，在晶体生长室100内，对待置换坩埚52内的晶体加热。

此时，待冷却坩埚51内的晶体在坩埚置换室200内自然冷却，待置换坩埚52内的晶体在晶体生长室100内进行长晶，二者同时进行，显著缩短现有技术中，晶体自然冷却以及取坩埚所需要的时间，提升蓝宝石长晶炉的稼动率。

以上的本申请实施方式并不构成对本申请保护范围的限定。