泡生法蓝宝石晶体炉不同保温屏材料的性能比较分析的制作方法

本发明涉及晶体生长技术领域，具体涉及泡生法蓝宝石晶体炉不同保温屏材料的性能比较分析。

背景技术：

蓝宝石晶体（α-Al2O3）的高硬度、高熔点等性质，使其拥有巨大的应用潜力，被广泛的应用于军事、航空航天、通信、医学等领域。泡生法可以满足晶体高质量、低成本、大尺寸等特殊要求，较其他方法具有明显的优势，因而得到了快速的发展。为适应市场需求，人们不断对泡生法进行着优化改进。目前许多研究者对泡生法炉体结构进来了研究[1-4]，而对炉体材料属性的讨论却很少[5]。

采用泡生法进行蓝宝石晶体生长时，炉内处于近2000度的高温环境中，不同保温屏材料会影响炉内热量输运和温度分布，是影响蓝宝石晶体的生长的重要因素之一。选择合适的保温屏材料对晶体生长是非常重要的。保温屏主要功能是隔热，因此保温屏材料必须满足熔点高、热导率低、高温下稳定性强、反射率高等物理化学特性。目前，市场上应用于蓝宝石生长炉的保温屏的材料主要有钨钼、石墨毡、氧化锆、氧化锆纤维等，而对各种保温屏的性能效果以及对炉内温度分布的影响等方面，还未做过细致的研究。本文对几种主要的、常见材料的保温屏进行模拟计算，从加热功率、晶体和熔体的温度分布、固液界面形状等方面，对保温屏性能进行比较分析。

技术实现要素：

为克服上述技术问题，本发明提供泡生法蓝宝石晶体炉不同保温屏材料的性能比较分析。

泡生法蓝宝石晶体炉不同保温屏材料的性能比较分析，

（1）钨钼，钨、钼具有耐高温、硬度大、难融化和挥发等特性；钨的熔点高达3653K；钼高达2873K；

（2）石墨，纯度高、保温隔热性能优良是石墨的特长；石墨的熔点极高，高达3823K，在真空下到3000 ℃时才开始出现软化的趋势；

（3）氧化锆及氧化锆纤维，氧化锆熔点高达2873K，可耐高温，相比于钨钼和石墨，热导率非常小，并且具有抗氧化、耐腐蚀、热传导率低等优良特性，故ZrO2是优良的隔热材料。

所述（1）中钨钼金属具有良好的侧向传导性。

所述（2）中石墨保温材料为多孔石墨泡沫或石墨毡。

所述（3）中氧化锆保温材料是氧化锆纤维。

本发明的优点是：采用钨钼、石墨和氧化锆作为泡生法生长蓝宝石晶体的保温材料，保温材料热导率：钨钼> 石墨 > 氧化锆，而发射率：石墨> 钨钼 > 氧化锆。对三种保温材料在保温性能、对晶体温度的影响以及对晶体固液界面的影响等方面做了比较研究。

从加热功率方面，氧化锆保温性能最好，在放肩和等径阶段，相对于钨钼保温屏至少节省17%的能耗，石墨保温性能最差，相对于钨钼保温屏，能耗增加了23%。

从对晶体温度的影响方面，选用钨钼保温屏和氧化锆保温屏晶体温度分布较为接近，而使用石墨保温屏，晶体轴向温度和径向温度偏低。

从对固液界面形状的影响方面，在放肩和等径过程中，氧化锆材料对应的固液界面最平缓，石墨固液界面形变量最大。

附图说明

图1是本发明钨保温材料的热导率图；

图2是本发明钼保温材料的热导率图；

图3是本发明石墨保温材料的热导率图；

图4是本发明氧化锆保温材料的热导率图；

具体实施方式

泡生法蓝宝石晶体炉不同保温屏材料的性能比较分析，

（1）钨钼，钨、钼具有耐高温、硬度大、难融化和挥发等特性。钨的熔点高达3653K；钼高达2873K；钨钼金属具有良好的侧向传导性，热量可以沿金属薄片传递到周围环境中，较好的起到隔热的作用；

（2）石墨，纯度高、保温隔热性能优良是石墨的特长；石墨的熔点极高，高达3823K，在真空下到3000 ℃时才开始出现软化的趋势；目前国际上普遍采用多孔石墨泡沫或石墨毡作为石墨保温材料；

（3）氧化锆及氧化锆纤维，氧化锆熔点高达2873K，可耐高温，相比于钨钼和石墨，热导率非常小，并且具有抗氧化、耐腐蚀、热传导率低等优良特性，故ZrO2是优良的隔热材料；氧化锆纤维是常见的高性能的氧化锆保温材料，在保温绝热应用领域有着重要地位。

实施例1

衡量保温材料保温性能的重要指标就是热损耗的大小。热损耗主要取决于保温材料的热导率和发射率。热导率越小，向外界传递的热量越少；发射率越小，向外辐射的热量也越小。

下面分别对钨钼保温材料、石墨保温材料、氧化锆保温材料进行介绍比较。

各材料热导率如图1-4所示，高温氧化锆的热物性还很难实验获得，根据资料，近似认为热导率为常数。钨钼热导率 > 石墨热导率 > 氧化锆热导率。材料其他属性参数如下，石墨发射率 > 钨钼发射率 > 氧化锆发射率。

(1)钨钼

钨、钼具有耐高温、硬度大、难融化和挥发等特性。钨的熔点高达3653K；钼高达2873K。钨钼金属具有良好的侧向传导性，热量可以沿金属薄片传递到周围环境中，较好的起到隔热的作用。

(2)石墨

纯度高、保温隔热性能优良是石墨的特长。石墨的熔点极高，高达3823K，在真空下到3000 ℃时才开始出现软化的趋势。目前国际上普遍采用多孔石墨泡沫或石墨毡作为石墨保温材料。

(3)氧化锆及氧化锆纤维

氧化锆熔点高达2873K，可耐高温，相比于钨钼和石墨，热导率非常小，并且具有抗氧化、耐腐蚀、热传导率低等优良特性，故ZrO2是优良的隔热材料。氧化锆纤维是常见的高性能的氧化锆保温材料，在保温绝热应用领域有着重要地位。