专利名称：用于产生晶体材料锭的工业炉的制作方法
技术领域：
本发明 涉及一种用于通过直接固化来产生晶体材料锭的工业炉，包括热绝缘加热容器，其在内部限定了空腔，第一和第二加热装置，二者布置在空腔内且分别位于空腔的顶部区域和底部区 域，以界定用于接收结晶坩埚的中央空间，和冷却构件，其包括沿容器的厚度制造的放热通道，具有位于第二加热装置下 方的入口和开到容器外部以将热量移向容器外部的出口。
背景技术：
文件US6299682描述了一种用于使用工业炉并通过直接固化来生产晶体材料锭 的方法，该工业炉包括整合了两个石墨加热板、一顶板和一底板的热绝缘加热容器。结 晶坩埚被设计为定位在两个加热板之间，通过重力而位于冷却板上，该冷却板配备有用 于冷却剂流动的内部通道。该冷却剂可以是水或诸如氩气这样的气体。冷却板通过重力 而位于底部加热板上，该底部加热板设置有用于让冷却剂供应管通过的开口。供应管经 由第一通道穿过加热容器，而从冷却板出来的冷却剂自由地流动(受到加热容器底部内 壁的引导)并通过第二通道排放到容器外部。根据所述制备方法，在坩埚已经被加热直到材料熔化并经由底部进行冷却之后 通过直接固化来获得晶体材料锭，以实现结晶过程。加热步骤可以通过仅供应顶部加热 板或同时供应两个加热板来执行。通过经由底部放热的结晶步骤通过在结晶坩埚中建立 热梯度来实现。从坩埚向下放热的控制通过冷却板并通过调整对底部加热板的供应来执 行。这种工业炉在底部加热元件的布置和冷却板的布置方面并不完全令人满意。结 晶坩埚实际上位于冷却板上，该冷却板位于底部加热板上。冷却板中的热传导并不非常 有效。进而，通过辐射放热仅在冷却板边缘上是可能的。冷却性能因此受到限制，这意 味着为了改善冷却能力，必须使用复杂冷却系统，其使用在冷却板的内部通道中流动的 冷却剂。但是，这种冷却系统构造和实施很复杂，考虑到生产、使用和维护方面，这种 炉子很麻烦。另一种工业炉描述于文件EP1162290，其中加热容器并入有底部加热装置和顶 部加热装置，每个装置设置有多个平行的水平加热棒。结晶坩埚通过重力而位于支撑板 上，该支撑板被保持在底部加热装置的加热棒上方一距离处。支撑板用导热材料制造。 金属冷却板配备有用于让冷却剂(水)流动的内部通道，该金属冷却板布置在底部加热装 置的加热棒下方。通过水平平移而可收回的热绝缘翼片布置在冷却板和底部加热装置的 加热棒之间，设计为面向加热棒的该翼片的顶表面包括热反射表面。这种炉具有的缺点是，尽管使用了复杂的技术方案但是仅具有很普通的性能。 特别是，底部加热装置的效率不佳，且其热加质量不佳(均勻性缺陷)。冷却几乎仅通过 辐射实现，该炉的效率以及冷却性能仍然很有限，这意味着为了改善冷却能力，必须使用复杂的冷却系统，该冷却系统使用在金属冷却板的内部通道中流动的冷却剂。但是， 这种冷却系统构造和实施很复杂，考虑到生产、使用和维护方面，这种炉子很麻烦。进 而，热绝缘翼片的作用导致形成灰尘，这些灰尘易于沉积在坩埚中的材料上。由于无论 热绝缘翼片位于何种位置加热容器总是与外界连通，所以灰尘沉积的危险总是很大。
发明内容
本发明的目的是提供一种工业炉，用于以简单且便宜的设计来生产结晶材料 锭，该工业炉性能能得到改善。根据本发明的工业炉的显著之 处在于其包括热传导材料块，其合并第二加热装置，并定位在面向放热通道的入口的底部区 域中，且具有面向第一加热装置的顶表面和面向放热通道的入口的相对底表面，热绝缘密封元件，装配到放热通道，并绕枢转销枢接在容器上，以在打开位置 和关闭位置之间改变，该打开位置使得块的底表面与容器的外部连通。因为底部加热装置并入在热传导材料块中，所以通过传导进行的加热阶段的效 率和均勻性得到改善。炉子的效率以及冷却性能方面，特别是均勻性方面得到改善，而 不需使用复杂的冷却系统。当密封元件处于打开位置时，放热通过热传导材料块和通过 辐射来执行。由于通过传导进行热量吸收，所以简单地将坩埚的底表面与位于加热容器 外部的冷却气体接触就足以执行从坩埚的底表面将通过辐射传递来的热量放掉。通过旋 转来作动密封元件与通过平移执行作动相比还限制了在密封元件运动时产生的灰尘。而 且，密封元件确保在其处于关闭位置时加热容器被关闭，这降低了在坩埚中的材料上的 沉积灰尘的危险。根据优选实施例，热传递材料块用石墨制造。其他技术特征可以单独使用或组合使用第二加热装置包括多个被供电的石墨棒，每个棒装在制造在热传递材料块中的 接收孔中，热传递材料块相对于加热容器固定，且所述块的顶表面接收结晶坩埚，热传递材料块和加热容器之间的连接构件包括密封构件，该密封构件通过热传 递材料块的底表面执行放热通道的入口的紧密密封。
从本发明具体实施例的以下描述将更清楚地理解其他优点和特征，所述实施例 仅是非限制性例子的目的且显示在所附附图1和2中，附图1和2分别在密封元件的关闭位置和打开位置中示意性地显示了沿纵向截面 的根据本发明的工业炉的例子。
具体实施例方式在图1和2中，根据本发明的用于通过直接固化来生产晶体材料锭的工业炉10 包括热绝缘加热容器11。加热容器11内部界定出一空腔，该空腔包括两个重叠的紧密密 封区域，分别是顶部区域和底部区域。
第一加热装置12布置在空腔中且在顶部区域的上部，即在容器11的顶壁13附近。空腔的底部区域在空腔的底部部分中通过容器11的底壁14限定。沿容器11的 厚度制造放热通道15，更确切地说穿过底壁14制造放热通道。放热通道15—方面包括 入口 16而另一方面包括出口 17，该入口制造在底壁14的面向空腔底部区域的表面中，该 出口制造在底壁14的面向容器11外部的表面中。出口 17由此向外开放到容器11的外 部，以将热量移向容器11外部。合并第二加热装置19的热传导材料块18牢固地保持在空腔的底部区域中且位于 面向放热通道15的入口 16的位置。为了执行热传导材料块18的固定，使用用于连接到 容器11的构件。在所示例子中，热传导材料块18填充空腔的整个底部区域并通过重力 而位于底壁14的面向空腔底部区域的表面上。用于连接到容器11的构件因此在这里仅 通过底壁14形成。但是，可以让热传导材料块18仅部分地填充空腔的底部区域，有可 能的是相对于底壁14带有插入的垂直间隙。在该情况下，用于连接的构件能通过侧向突 出固定块18来形成，该突出部布置为从容器侧壁的面向空腔的表面悬出。通过热传导材料块18的这种布置，第二加热装置19被布置在空腔中，更确切地 说在空腔的底部部分中。第一和第二加热装置12、19之间的这种距离使得能够限定出结 晶坩埚21的中央接收空间20。放热通道15的入口 16还位于并入到块18中的第二加热 装置19的下方，以便能沿向下的方向竖直放热，由此形成同样也是竖直方向的热梯度， 以获得在中央接收空间20内的竖直导向的结晶过程。如图1和2所示，热传导材料块18具有面向第一加热装置12的平坦顶表面22和 面向放热通道15的入口 16的相对的平坦底表面23。在热传导材料块18位于底壁14上 的具体结构中，放热通道15的入口 16的紧密密封自动地通过热传导材料块18的底表面 23来实现。在用于在热传导材料块18和加热容器11之间连接的构件更复杂的情况下， 可以让这些构件包括适当的密封构件，以通过热传导材料块18的底表面23确保放热通道 15的入口 16的紧密密封。但是，通过底表面23来密封入口 16仍是一种可选方案。实际上，中央接收空间通过热传导材料块18的顶表面22而被限定在底部。因 为其面向第一加热装置12，所以当结晶坩埚被放在中央接收空间20中时，顶表面22由此 也竖直地面向结晶坩埚21。在显示出热传导材料块18压靠底壁14而被固定的具体改变 例中，顶表面22执行结晶坩埚21的接收。但是，可以让热传导材料块竖直地在空腔中 运动和/或让工业炉10并入用于将结晶坩埚21沿竖直方向保持在具顶表面22 —距离处 的构件(未示出)。放热通道15本身包括冷却构件，用于将热量移向容器11外部。但是，放热通 道15可以并入更复杂的冷却构件，例如用于保持容器外部的冷却气体的冷却构件。热传导材料块18例如用石墨制造。而且，一种简单的替换实施例包括使用第二 加热装置19，该加热装置包括多个被供电的石墨棒(electrically supplied graphite bar)。在 这种情况下，每个棒装在接收孔中，该孔制造在热传导材料块18中。第一加热装置12 可进一步包括多个被供电的石墨棒，例如牢固地固定到加热容器11的顶壁13。根据本发明，热绝缘密封元件24配备有放热通道15。密封元件24绕枢转销25 枢接在容器11上，以在打开位置(图1)和关闭位置(图2)之间改变，该打开位置使得块18的底表面23与容器11的外部连通。密封元件24的枢转控制通过任何合适的构件 来实现。
在所示的替换实施例中，密封元件24是平坦覆盖件，其通过从底壁14悬出的突 出部26枢接在底壁14的面向容器11的表面上。以这种方式，密封元件24在关闭位置 执行放热通道15的出口 17的紧密密封。但是密封元件24沿放热通道15的这种定位不 是限制性的。密封元件24例如可以布置在放热通道15的入口 16和出口 17之间的中间 位置，或密封元件24可被设计为在关闭位置执行放热通道15的入口 16的紧密密封。结果，无论其位置如何，密封元件24可以包括能相对于彼此运动的多个部分， 例如通过关闭翼片所形成的部分，所述翼片绕各自的例如彼此平行地水平布置的枢转销 而独立枢转。
权利要求
1.一种工业炉(10)，用于通过直接固化来生产结晶材料锭，包括热绝缘加热容器(11)，其内部限定出一空腔，第一和第二加热装置(12、19)，布置在空腔内且分别位于空腔的顶部区域和底部区 域中，以界定出用于接收结晶坩埚(21)的中央空间(20)，冷却构件，包括沿容器(11)的厚度制造的放热通道(15)，该通道具有位于第二加 热装置(19)下方的入口(16)和开到容器(11)外部以将热量移向容器(11)外部的出口 (17),其特征是，该工业炉包括热传导材料块(18)，其合并所述第二加热装置(19)，并定位在面向放热通道(15)的 入口(16)的底部区域中，且具有面向第一加热装置(12)的顶表面(22)和面向放热通道 (15)的入口 (16)的相对底表面(23)，热绝缘密封元件(24)，装配到放热通道(15)，并绕枢转销(25)枢接在容器(11) 上，以在打开位置和关闭位置之间改变，该打开位置使得块(18)的底表面(23)与容器 (11)的外部连通。
2.如权利要求1所述的工业炉，其特征是，热传导材料块(18)用石墨制造。
3.如权利要求1或2中任一项所述的工业炉，其特征是，第二加热装置(19)包括多 个被供电的石墨棒，每个棒装在接收孔中，该接收孔被制造在热传导材料块(18)中。
4.如权利要求1到3中任一项所述的工业炉，其特征是，热传导材料块(18)相对于 加热容器(11)固定，且热传导材料块的顶表面(22)执行结晶坩埚(21)的接收。
5.如权利要求1到4中任一项所述的工业炉，其特征是，热传导材料块(18)和加热容 器(11)之间的连接构件包括密封构件，该密封构件通过热传导材料块(18)的底表面(23) 执行放热通道(15)的入口(16)的紧密密封。
全文摘要
一种通过直接固化来生产结晶材料锭的工业炉，包括热绝缘加热容器、界定出接收结晶坩埚的中央空间的第一和第二加热装置和冷却构件，其包括沿容器厚度制造的放热通道。该通道具有位于第二加热装置下方的入口和开到容器外部以将热量移向容器外部的出口。该炉还包括热传导材料块，其合并第二加热装置，并通过连接到容器的构件固定在面向放热通道的入口的位置。块包括面向第一加热装置的顶表面和面向放热通道的入口的相对底表面。热绝缘密封元件装配到放热通道。该元件绕枢转销枢接在容器上，以在打开位置和关闭位置之间改变，该打开位置使得块的底表面与容器的外部连通。
文档编号C30B11/00GK102021642SQ200910174748
公开日2011年4月20日 申请日期2009年9月17日 优先权日2009年9月17日
发明者克里斯托夫·布劳尔特, 菲利普·塞戈维亚 申请人:热真空工业公司