一种方形蓝宝石单晶炉热场结构的制作方法
【专利说明】
[0001](一)
技术领域
本发明涉及一种蓝宝石单晶炉热场结构，具体涉及一种方形蓝宝石单晶炉热场结构。
[0002](二)
【背景技术】
蓝宝石单晶具有独特的晶格结构、优异的力学性能及良好的热学性能，可在接近2000V高温的恶劣条件下工作，以其强度高、硬度大、耐冲刷，优异的综合性能等特点被广泛应用于科学技术、空间飞行器，高强度激光器的窗口，国防与民用工业、等电子技术的许多领域，同时也成为了目前LED市场的首选材料。
[0003]随着科学技术的发展，市场不但要求蓝宝石具有更高的品质和更大的尺寸，同时还需要长晶企业能想方设法不断降低生产制造成本，只有这样才有可能在市场上立于不败之地。因此，低成本、高质量地生长大尺寸蓝宝石单晶已成为当前长晶企业面临的迫切任务。降低生产制造成本可以从多方面入手，如降低原材料成本、缩短工艺时间，节约电力成本，但从晶体加工方面考虑，则需要根据产品尺寸和形状对蓝宝石晶体进行设计。
[0004]蓝宝石单晶生长方法很多种，泡生法(KY)为目前商业化生产高品质、大尺寸蓝宝石单晶的主要方法之一。哈尔滨奥瑞德光电技术股份有限公司具有自主知识产权的改进泡生法——“冷心放肩微量提拉法”虽然在制造成本及成品率方面较传统泡生法有了很大改善，然而，对于方形材料来说，梨形晶锭出材率仍然较低。因此，有必要研究开发出一种可以用于生长大尺寸、高品质方形蓝宝石单晶的设备。
[0005](三)
【发明内容】
本发明提供了一种适于生长方形蓝宝石晶体，炉体结构保温效果好、温场稳定、温度梯度合理、生长出的蓝宝石晶体内部缺陷少，热应力小的方形蓝宝石单晶炉热场结构。
[0006]本发明的目的是这样实现的:它包括上隔热屏、侧隔热屏、下隔热屏、坩埚盖、以及由金属钨制作的方形坩埚、方形托盘、圆形支柱，直角铜导电板与钨棒连接而成的方形加热体结构，上隔热屏为钥隔热屏及氧化锆纤维砖保温层，侧隔热屏由内屏和外屏两部分组成，内屏为多层钥板的直角搭接结构，外屏为方形氧化锆纤维砖保温桶结构，侧隔热屏顶部搭放一层环形氧化锆纤维砖结构，下隔热屏由方形钥片隔热屏与氧化锆纤维砖保温层结构组成，且下隔热屏中心留有与圆形支柱直径相匹配的圆形通孔，方形坩埚内部各边均有弧形倒角，方形托盘底部有与支柱配合的圆形卡槽。
[0007]本发明还有这样一些特征:
1、所述的上隔热屏由不锈钢支架及相同尺寸的钥隔热屏和氧化锆纤维砖保温层组成，整体用钥螺栓和配套螺母连接固定，并在中心留有观察孔，钥隔热屏由方形钥片组成。
[0008]2、所述的侧隔热屏顶部的环形氧化锆纤维砖结构由4?8块氧化锆纤维砖镶嵌拼接而成。
[0009]3、所述的坩埚盖由多层尺寸相同的方形钥片用钥丝连接而成，钥片中心留有观察孔，且孔径由上到下逐渐减小。
[0010]4、所述的侧隔热屏的内屏是由5?10层同轴的方形钥桶组成，每层钥桶由2片厚直角钥板搭接而成，并用钥丝进行连接固定，相邻钥桶间棱边处用同样弧度的钥片支撑，且相邻钥桶的搭接口部分不重叠。
[0011]5、所述的侧隔热屏的外屏是由2飞块氧化锆纤维砖组成，相邻氧化锆纤维砖通过定位凹槽和突起固定，其拼接接口与内屏最外层钥桶接口不重合，外屏与内屏同高。
[0012]6、所述的下隔热屏的方形钥片隔热屏由1(Γ18层方形钥片通过钥丝连接而成，中心留有与圆形支柱相配合的圆形通孔。
[0013]7、所述的方形加热体是由两块直角方形电极和数根钨棒连接而成，外形呈方形鸟笼状，底部中心留有穿过圆形支柱的方孔。
[0014]本发明是在前期授权专利号ZL200920100239.0中公布的冷心放肩微量提拉法蓝宝石单晶生长炉结构的基础上，通过对单晶炉热场结构进行特殊设计，以形成适于生长方形蓝宝石晶体的单晶炉结构。本发明的有益效果有:该炉体结构保温效果好、温场稳定、温度梯度合理、生长出的蓝宝石晶体内部缺陷少，热应力小。
[0015]1.方形蓝宝石长晶炉长出的方形晶体有利于提高方形产品的出材率，降低了加工成本,满足了蓝宝石应用市场对低成本、高品质方形料(如手机屏)的需求。
[0016]2.保温结构中，内屏用多层钥桶结构，外屏用氧化锆纤维砖保温桶，既可以利用氧化锆纤维砖增强保温效果，又可以防止氧化锆纤维砖因内外温差过大形成开裂。
[0017]3.保温结构中，内屏每层钥桶由钥板垂直搭接而成，相邻钥桶搭接接口不重叠，有利于得到均匀的温场，降低了内屏变形的几率。
[0018]4.保温结构中，上隔热屏顶部的氧化锆纤维砖保温层及侧隔热屏顶部的环形氧化锆纤维砖结构设计增强了上部保温效果，防止热量快速流失，同时增大了晶体肩的弧度，使方形晶体的直角变得圆滑，避免应力集中。
[0019]5.保温结构中，圆形支柱的设计在保证方形晶体形状的同时，使晶体底部变圆滑，利于气泡的排出和避免应力集中。
[0020]6.保温结构中，方形坩埚内壁各棱边的倒角设计使晶体四角变得更圆滑，防止棱角边缘应力过大导致开裂。
[0021](四)
【附图说明】
图1为本发明结构示意图；
图2为侧隔热屏俯视图；
图3为方形坩埚俯视图。
[0022](五)
【具体实施方式】
下面结合附图对本发明进行详细说明。
[0023]结合图1，本实施例包括上隔热屏、侧隔热屏和下隔热屏、坩埚盖9，以及由金属钨制作的方形坩埚12、方形托盘11、圆形支柱10，直角铜导电板4与钨棒5连接而成的方形加热体组成。上隔热屏由钥隔热屏I及氧化锆纤维砖保温结构2及不锈钢支架3组成，侧隔热屏中内屏6为多层钥板的直角搭接结构，外屏为方形氧化锆纤维砖保温桶结构7，侧隔热屏顶部搭放一层环形氧化锆纤维砖结构8，下隔热屏由方形钥片隔热屏13与氧化锆纤维砖保温层结构14组成，且下隔热屏中心留有与圆形支柱10直径相匹配的圆形通孔9。方形坩埚内部各边均有弧形倒角R，方形托盘底部有与支柱配合的圆形卡槽。
[0024]图2-图3为侧隔热屏结构及方形坩埚结构。内屏6由多层方形钥桶组成，相邻钥桶间棱边处用同样弧度的钥片15支撑。钥桶由2片厚直角钥板搭接而成，每层钥桶有两个处于对角位置的搭接棱边16，且相邻钥桶的搭接口不重叠。外屏7中氧化锆纤维砖保温桶结构的搭接口 17不处于直角边处，以确保不与任何钥桶搭接口重合，提高保温效果。方形坩埚内部各棱边都有一定程度的弧形倒角，以减少应力集中，避免晶体开裂。
【主权项】
1.一种方形蓝宝石单晶炉热场结构，其特征在于它包括上隔热屏、侧隔热屏、下隔热屏、坩埚盖、以及由金属钨制作的方形坩埚、方形托盘、圆形支柱，直角铜导电板与钨棒连接而成的方形加热体结构，上隔热屏为钥隔热屏及氧化锆纤维砖保温层，侧隔热屏由内屏和外屏两部分组成，内屏为多层钥板的直角搭接结构，外屏为方形氧化锆纤维砖保温桶结构，侧隔热屏顶部搭放一层环形氧化锆纤维砖结构，下隔热屏由方形钥片隔热屏与氧化锆纤维砖保温层结构组成，且下隔热屏中心留有与圆形支柱直径相匹配的圆形通孔，方形坩埚内部各边均有弧形倒角，方形托盘底部有与支柱配合的圆形卡槽。
2.根据权利要求I所述的一种方形蓝宝石单晶炉热场结构，其特征在于所述的上隔热屏由不锈钢支架及相同尺寸的钥隔热屏和氧化锆纤维砖保温层组成，整体用钥螺栓和配套螺母连接固定，并在中心留有观察孔，钥隔热屏由方形钥片组成。
3.根据权利要求2所述的一种方形蓝宝石单晶炉热场结构，其特征在于所述的侧隔热屏顶部的环形氧化锆纤维砖结构由41块氧化锆纤维砖镶嵌拼接而成。
4.根据权利要求3所述的一种方形蓝宝石单晶炉热场结构，其特征在于所述的坩埚盖由多层尺寸相同的方形钥片用钥丝连接而成，钥片中心留有观察孔，且孔径由上到下逐渐减小。
5.根据权利要求4所述的一种方形蓝宝石单晶炉热场结构，其特征在于所述的侧隔热屏的内屏是由5?10层同轴的方形钥桶组成，每层钥桶由2片厚直角钥板搭接而成，并用钥丝进行连接固定，相邻钥桶间棱边处用同样弧度的钥片支撑，且相邻钥桶的搭接口部分不重叠。
6.根据权利要求5所述的一种方形蓝宝石单晶炉热场结构，其特征在于所述的侧隔热屏的外屏是由2飞块氧化锆纤维砖组成，相邻氧化锆纤维砖通过定位凹槽和突起固定，其拼接接口与内屏最外层钥桶接口不重合，外屏与内屏同高。
7.根据权利要求6所述的一种方形蓝宝石单晶炉热场结构，其特征在于所述的下隔热屏的方形钥片隔热屏由1(Γ18层方形钥片通过钥丝连接而成，中心留有与圆形支柱相配合的圆形通孔。
8.根据权利要求7所述的一种方形蓝宝石单晶炉热场结构，其特征在于所述的方形加热体是由两块直角方形电极和数根钨棒连接而成，外形呈方形鸟笼状，底部中心留有穿过圆形支柱的方孔。
【专利摘要】本发明提供了一种方形蓝宝石单晶炉热场结构。它包括上隔热屏、侧隔热屏、下隔热屏、坩埚盖、以及由金属钨制作的方形坩埚、方形托盘、圆形支柱，直角铜导电板与钨棒连接而成的方形加热体结构，本发明的有益效果有：该炉体结构保温效果好、温场稳定、温度梯度合理、生长出的蓝宝石晶体内部缺陷少，热应力小。
【IPC分类】C30B17-00, C30B29-20
【公开号】CN104805501
【申请号】CN201410037267
【发明人】左洪波, 杨鑫宏, 张学军, 李铁
【申请人】哈尔滨奥瑞德光电技术股份有限公司
【公开日】2015年7月29日
【申请日】2014年1月26日