一种蓝宝石长晶炉的制作方法

本实用新型涉及长晶炉技术领域，具体为一种蓝宝石长晶炉。

背景技术：

蓝宝石单晶因其优异的综合性能，被广泛应用于科学技术、国防与民用工业、半导体行业的诸多领域。随着蓝宝石单晶生长及加工技术的进步，蓝宝石产品的生成成本不断降低，使得蓝宝石在消费类产品方面大范围应用成为可能。市场对蓝宝石产品的质量与尺寸提出了更高要求，大尺寸、高品质、低成本是蓝宝石单晶产业发展的必然趋势。

目前市面上高品质蓝宝石单晶的主要生长方法为泡生法，200kg以下的蓝宝石单晶生长设备与技术已基本成熟，生长更大尺寸的蓝宝石单晶无论对设备、热场还是工艺方面都有更高的要求。热场方面，当需要生长200kg以上晶体时，坩埚的直径更大，装载原料更多，坩埚底面承重更重。传统的坩埚支撑方式，通常是用一根钨杆从晶体炉底部穿过底保温层，然后直接支撑在坩埚的底部中心，由于钨杆横截面积有限，坩埚底部承重面积小，生长大尺寸蓝宝石过程中，在大约2100℃的工作温度条件下长时间连续工作超过20天，不可避免地会出现坩埚底部四周向下塌陷的情况，短期会影响熔体内对流，影响晶体生长品质，长期使用导致的严重变形，会使得坩埚倾斜，加热器与坩埚短路，加热系统无法正常工作，长晶失败。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题在于如何保证坩埚支撑稳定，防止晶体生长失败现象发生。

为解决上述技术问题，本实用新型提供如下技术方案：

一种蓝宝石长晶炉，包括炉体、绝缘底座、保温层、加热结构、支撑结构、坩埚和隔热屏，所述炉体底部固定所述绝缘底座，所述炉体侧壁与所述绝缘底座上均设置保温层，所述支撑结构底部固定在所述绝缘底座上，顶部贯穿所述保温层并支撑所述坩埚，所述坩埚的顶部设置有所述隔热屏，所述加热结构顶部固定在炉体顶部，所述加热结构底部沿保温层与坩埚侧壁之间间隙延伸至坩埚底部且与支撑结构交叉设置。

所述支撑结构包括中心支柱、边缘支柱和托盘，所述中心支柱底部固定在绝缘底座中心，顶部贯穿加热结构底部并通过托盘支撑所述坩埚底部中心，所述绝缘底座沿中心周向竖直分布多个边缘支柱，所述边缘支柱顶部贯穿加热结构底部支撑所述坩埚底部边缘。

该长晶炉通过中心支柱与边缘支柱的配合支撑，使得坩埚能够被多根支柱支撑，保证了坩埚的稳定性，防止坩埚倾斜并与加热结构接触出现短路而造成加热系统无法正常工作，长晶失败的现象发生。

优选地，所述加热结构包括正电极环、负电极环和多个发热杆，所述正电极环和负电极环分别沿炉体中心固定在炉体顶部，所述发热杆一端与所述正电极环连接，另一端沿保温层与坩埚侧壁之间间隙延伸至坩埚底部再沿保温层与坩埚侧壁之间间隙向炉体顶部延伸连接所述负电极环，所述坩埚底部的发热杆交错穿插设置，致使所述中心支柱和边缘支柱能够贯穿坩埚底部的发热杆，使得边缘支柱正常贯穿发热结构且不影响发热结构的发热效率，从而保证了坩埚的稳定性。

优选地，所述发热杆为钨杆。

优选地，所述坩埚包括坩埚本体和坩埚盖，所述坩埚本体设置在所述支撑结构顶部，所述坩埚本体顶部设置有能够开合的坩埚盖，所述坩埚盖顶部固定所述隔热屏。

优选地，所述坩埚本体底部与侧壁的圆角半径小于20mm。

优选地，所述绝缘底座上设置有第一沉孔和第二沉孔，所述第一沉孔沿绝缘底座中心设置，所述第二沉孔沿中心周向竖直分布，所述中心支柱底部固定在所述第一沉孔内，所述边缘支柱底部固定在第二沉孔内。

优选地，所述中心支柱直径为120mm，所述边缘支柱直径为45mm。

优选地，所述托盘直径为200m。

优选地，所述隔热屏由5-8片厚度为1mm的钼片组成。

优选地，所述绝缘底座为氧化锆陶瓷底座，使得中心支柱和边缘支柱底部均是固定在氧化锆陶瓷上，与炉体绝缘，即使在使用过程中发热杆变形与中心支柱和边缘支柱接触，也不会影响电流分布，可避免短路造成的长晶失败，同时延长发热杆的使用寿命。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、该长晶炉通过中心支柱与边缘支柱的配合支撑，使得坩埚能够被多根支柱支撑，保证了坩埚的稳定性，防止坩埚倾斜并与加热结构接触出现短路而造成加热系统无法正常工作，长晶失败的现象发生。

2、通过坩埚底部发热杆的交错穿插设置，使得边缘支柱正常贯穿发热结构且不影响发热结构的发热效率，从而保证了坩埚的稳定性。

3、通过绝缘底座设置氧化锆陶瓷底座，使得中心支柱和边缘支柱底部均是固定在氧化锆陶瓷上，与炉体绝缘，即使在使用过程中发热杆变形与中心支柱和边缘支柱接触，也不会影响电流分布，可避免短路造成的长晶失败，同时延长发热杆的使用寿命。

附图说明

图1为本实用新型实施例的一种蓝宝石长晶炉的结构示意图；

图2为本实用新型实施例的局部俯视图。

具体实施方式

为便于本领域技术人员理解本实用新型技术方案，现结合说明书附图对本实用新型技术方案做进一步的说明。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

参阅图1和图2，本实施例公开了一种蓝宝石长晶炉，包括炉体1、绝缘底座2、保温层3、加热结构4、支撑结构5、坩埚6和隔热屏7，所述炉体1底部固定所述绝缘底座2，所述炉体1侧壁与所述绝缘底座2上均设置保温层3，所述支撑结构5底部固定在所述绝缘底座2上，顶部贯穿所述保温层3并支撑所述坩埚6，所述坩埚6的顶部设置有所述隔热屏7，所述加热结构4顶部固定在炉体1顶部，所述加热结构4底部沿保温层3与坩埚6侧壁之间间隙延伸至坩埚6底部且与支撑结构5交叉设置。

所述绝缘底座2上设置有第一沉孔21和第二沉孔22，所述第一沉孔21沿绝缘底座2中心设置，所述第二沉孔沿22中心周向竖直分布多个，在本实施例中所述第二沉孔22设置有四个。

所述加热结构4包括正电极环41、负电极环42和多个发热杆43，所述正电极环41和负电极环42分别沿炉体1中心固定在炉体1顶部，所述发热杆43一端与所述正电极环41连接，另一端沿保温层3与坩埚6侧壁之间间隙延伸至坩埚4底部再沿保温层3与坩埚6侧壁之间间隙向炉体1顶部延伸连接所述负电极环42实现闭环，所述坩埚4底部的发热杆43交错穿插设置，形成能够让支撑结构5顶部贯穿的空间，在本实施例中，所述发热杆43为钨杆。

所述支撑结构5包括中心支柱51、边缘支柱52和托盘53，所述中心支柱51底部固定在绝缘底座的第一沉孔21内，顶部贯穿交错穿插的发热杆43并通过托盘53支撑所述坩埚6底部中心，所述边缘支柱52底部分别固定在第二沉孔22内，顶部贯穿交错穿插的发热杆43支撑所述坩埚6底部边缘，具体的，所述中心支柱51和边缘支柱52分别贯穿发热杆43交错穿插设置形成的空间，使得坩埚6能够被多根支柱支撑，保证了坩埚4的稳定性，防止坩埚6倾斜并与加热结构4接触出现短路而造成加热系统无法正常工作，长晶失败的现象发生；另外还通过发热杆43交错穿插设置，使得边缘支柱52正常贯穿发热结构4且不影响发热结构4的发热效率。

在本实施例中，所述中心支柱直径为120mm，所述边缘支柱直径为45mm，所述托盘直径为200m。

所述坩埚6包括坩埚本体61和坩埚盖62，所述坩埚本体61设置在所述中心支柱51和托盘53顶部，所述坩埚本体61顶部设置有能够开合的坩埚盖62，所述坩埚盖62顶部固定所述隔热屏7防止热量流失，在本实施例中，所述隔热屏由5-8片厚度为1mm的钼片组成。

所述坩埚本体61底部与侧壁的圆角半径小于20mm，使得坩埚本体61的底部平面直径增大，保证边缘支柱52能够对坩埚本体61进行支撑。

进一步的，所述绝缘底座2为氧化锆陶瓷底座，使得中心支柱51和边缘支柱52底部均是固定在氧化锆陶瓷上，与炉体1绝缘，即使在使用过程中发热杆43变形与中心支柱51和边缘支柱52接触，也不会影响电流分布，可避免短路造成的长晶失败，同时延长发热杆43的使用寿命。

本实用新型的工作原理是：将所述坩埚本体61放置在所述中心支柱51上的托盘53以及四个边缘支柱52上，保证了坩埚本体61的稳定性，防止坩埚6倾斜并与加热结构4接触出现短路而造成加热系统无法正常工作，长晶失败的现象发生，并且中心支柱51和四个边缘支柱52分别贯穿发热杆43交错穿插设置形成的空间，使得边缘支柱52正常贯穿发热结构4且不影响发热结构4的发热效率。将正电极环41与负电极环42通电使得发热杆43发热，从而对坩埚本体61加热，由于绝缘底座2的设置，即使在使用过程中发热杆43变形与中心支柱51和边缘支柱52接触，也不会影响电流分布，可避免短路造成的长晶失败，同时延长发热杆43的使用寿命。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

以上所述实施例仅表示实用新型的实施方式，本实用新型的保护范围不仅局限于上述实施例，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型保护范围。