一种蓝宝石单晶炉保温结构的制作方法
【专利说明】
[0001](一)
技术领域
[0002]本实用新型涉及一种蓝宝石单晶炉热场结构，具体涉及一种高稳定性蓝宝石单晶炉保温结构。
[0003](二)
【背景技术】
[0004]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2000°C高温的恶劣条件下工作，以其强度高、硬度大、耐冲刷等优异的综合性能被广泛应用于许多特殊领域。
[0005]随着科学技术的发展，市场不但对蓝宝石单晶的品质与尺寸提出了更高的要求，同时还需要长晶企业不断降低生产制造成本。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。
[0006]目前蓝宝石的长晶方法种类较多，包括火焰法、泡生法、导模法、提拉法、坩埚下降法、热交换法和温度梯度法等，其中泡生法与热交换法是目前商业化生产高品质蓝宝石最常用的方法。
[0007]泡生法生长的蓝宝石单晶位错密度低、热应力小、坩埚可多次使用，制造成本较低。缺点在于设备稳定性较差、自动化程度较低、隔热屏变形易对温场造成不良影响。热交换法通过氦气及加热体分别实现对晶体和熔体部分温度的控制，有利于整体温场的精确调控，设备自动化程度较高。另外，在晶体生长过程中，坩埚、晶体和加热区无任何移动，可以避免由于熔体涡流带来的缺陷。同时生长出的晶体被熔体包围，可以控制它的冷却速率，减少热应力、开裂、位错等缺陷。热交换法的主要缺点在于坩埚为一次性使用，且生长过程中需要使用大量氦气作为冷却介质，生产制造成本较高。
[0008]虽然两种方法都有各自的优势，但同时也存在很多不足。为克服泡生法的不足，可借鉴热交换法的优势，对单晶炉保温结构进行改进，设计出更佳合理的单晶炉热场。
[0009](三)
【发明内容】
[0010]本实用新型的目的在于提供一种温场更加稳定、温度控制精确性和自动化程度更高、设备可靠性高、制造成本更低的蓝宝石单晶炉保温结构。
[0011]本实用新型的目的是这样实现的:它包括上部保温结构、下部保温结构、侧面保温结构及侧屏顶部的双层挡板结构，上部保温结构为圆形钥隔热屏及氧化锆纤维砖保温结构，侧面保温结构分内外两层，分别为由氧化锆纤维砖和氧化铝砖制成的圆桶形结构，侧面保温结构顶部搭放两层环形氧化锆纤维砖结构，下部保温结构为圆形氧化锆纤维砖保温层和氧化铝砖结构，且二者中心留有与支柱直径相匹配的圆形通孔。
[0012]本实用新型还有这样一些技术特征:
[0013]1、所述的上部保温结构中氧化锆纤维砖保温结构由不锈钢支架及相同尺寸的圆形钥片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。
[0014]2、所述的侧面保温结构内层圆桶形结构是由两个半圆氧化锆纤维砖保温层拼接而成的圆桶组成，相邻氧化锆纤维砖通过定位凹槽和突起固定。
[0015]3、所述的侧面保温结构外层圆桶形结构是由两个半圆氧化铝砖拼接而成的圆桶组成，相邻氧化铝砖通过定位凸起和凹槽固定，外层与内层同高，并与内层搭接接口不重叠。
[0016]4、所述的侧面保温结构顶部的双层环形氧化锆纤维砖结构每层均由4~8块环形氧化锆纤维砖镶嵌拼接而成的圆环组成。
[0017]本实用新型是通过深入分析热交换法的优势，并在前期授权专利号ZL200920100239.0、ZL201120081033.5 及 ZL201320222749.1 的基础上，对冷心放肩微量提拉法单晶炉的保温结构重新进行设计，形成一种温场更加稳定、温度控制精确性和自动化程度更高、设备可靠性高、制造成本更低的新型蓝宝石单晶炉的保温结构。
[0018]本实用新型的有益效果有:氧化锆耐高温、导热系数小(氧化锆在金属氧化物当中导热系数最低)，在超高温隔热应用方面具有独特优势。氧化锆纤维砖还具有良好的机械性能和精确的几何尺寸。氧化锆配合氧化铝保温结构保温效果好、温场稳定、生产成本较低。
[0019]1、本实用新型的高稳定性蓝宝石单晶炉保温结构，炉内温场稳定性高，温度易调节，平均温度梯度较小，易于精确控温并实现自动化控制。
[0020]2、本实用新型的高稳定性蓝宝石单晶炉保温结构，顶部的环形氧化锆挡板设计，缓解了以往单晶炉由于顶部热场缺陷，造成的顶部温梯过大的现象，保证了晶体肩部平均稳定的结晶速度，晶体肩部气泡得到有效控制，同时也降低了晶体生长过程中所形成的热应力。
[0021]3、本实用新型的高稳定性蓝宝石单晶炉保温结构，侧屏采用陶瓷砖结构解决了传统钥屏接口分配不均、容易变形进而影响温场，且需要经常维修的问题，可大幅度提升工艺运转次数，提闻广能，。
[0022]4、本实用新型的高稳定性蓝宝石单晶炉保温结构，下屏的设计增强了炉体底部的保温效果，减少因变形而产生的热量流失，保证底部较好温梯结构，使晶体底部平稳生长。
[0023]5、本实用新型的高稳定性蓝宝石单晶炉保温结构，整体温场梯度设计合理，易于形成合理的放肩角度，使气泡容易排出，从而生长出大尺寸，高质量的蓝宝石晶体。
[0024]6、本实用新型的高稳定性蓝宝石单晶炉保温结构，整体温场稳定，维修量小，可有效降低生产成本。
[0025](四)
【附图说明】
[0026]图1为本实用新型结构示意图；
[0027]图2-图4为上部氧化皓纤维砖保温层结构示意图；
[0028]图5为上部钥隔热屏结构示意图。
[0029](五)
【具体实施方式】
[0030]下面结合附图对本实用新型进行详细说明:
[0031]图1为本实施例高稳定性的单晶炉保温结构示意图，该整体结构共由上、侧和下三部分保温结构组成，其上部保温结构是由不锈钢支架7、氧化锆纤维转保温层8和底部的多层圆形钥片6组成，整体结构通过连杆连接而成；侧面保温结构内、外层分别为两个半圆氧化锆纤维砖保温层拼接而成的圆桶I和两个半圆氧化铝砖拼接而成的圆桶2，顶部搭放双层环形氧化锆纤维砖结构3 ;底部保温结构中上面为与侧面保温结构氧化锆纤维砖保温层圆桶内径相配合的圆形氧化锆纤维砖保温层4，下面为圆形氧化铝砖结构5，且二者心部均留有与支柱相匹配的圆形通孔9。
[0032]图2-图5分别为单晶炉热场结构中的上部保温结构中氧化锆纤维砖保温结构与圆形钥片结构。厚度为hi的氧化锆保温层由4~8块环形氧化锆纤维砖镶嵌拼接而成，拼接处有相配合的凸起Rl和凹槽R2固定，且圆面上与连接杆对应位置有圆孔D3。圆形钥片心部有如图所示的观察孔10。本实施例中的侧面保温结构中内、外层结构除直径、材料不同夕卜，结构相同，两个半圆氧化锆纤维砖保温层拼接而成的圆桶结构，半环接合处同样有相互配合的凸起和凹槽固定。
【主权项】
1.一种蓝宝石单晶炉保温结构，其特征在于它包括上部保温结构、下部保温结构、侧面保温结构及侧屏顶部的双层挡板结构，上部保温结构为圆形钥隔热屏及氧化锆纤维砖保温结构，侧面保温结构分内外两层，分别为由氧化锆纤维砖和氧化铝砖制成的圆桶形结构，侧面保温结构顶部搭放两层环形氧化锆纤维砖结构，下部保温结构为圆形氧化锆纤维砖保温层和氧化铝砖结构，且二者中心留有与支柱直径相匹配的圆形通孔。
【专利摘要】本实用新型提供了一种蓝宝石单晶炉保温结构。它包括上部保温结构、下部保温结构、侧面保温结构及侧屏顶部的双层挡板结构，上部保温结构为圆形钼隔热屏及氧化锆纤维砖保温结构，侧面保温结构分内外两层，分别为由氧化锆纤维砖和氧化铝砖制成的圆桶形结构，侧面保温结构顶部搭放两层环形氧化锆纤维砖结构，下部保温结构为圆形氧化锆纤维砖保温层和氧化铝砖结构，且二者中心留有与支柱直径相匹配的圆形通孔。本实用新型具有温场更加稳定、温度控制精确性和自动化程度更高、设备可靠性高、制造成本更低等特点。
【IPC分类】C30B15-00, C30B29-20
【公开号】CN204298507
【申请号】CN201420545157
【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4月29日
【申请日】2014年9月23日