一种氧化锆纤维制品复合金属涂层保温结构的制作方法

本发明涉及一种高温炉中的热场结构，具体涉及一种高温晶体生长炉中的中轴圆周对称氧化锆纤维制品复合金属涂层保温结构。

背景技术：

在高温氧化物晶体生长中，保温材料起着控制温度梯度分布、阻隔发热体和炉体之间温度传导的作用，保温材料的选择对晶体生长起着关键性的作用。钨钼及钨钼合金因具有良好导热、导电、低热膨胀系数、高温强度、低蒸气压和耐磨等特性而成为高温炉件保温结构的材料,该钨钼保温结构包括多层不同直径的钨钼保温桶同心放置，起到保温及调节温场的作用。但是在高温使用过程中，高温环境下钨钼桶容易变形等问题，造成温场控制困难，不易于建立合理温度梯度，同时钨钼材料具有良好导热系数，造成热量损失过快，费电等问题。在现有的保温材料中，氧化锆纤维已成为保温材料技术进步的一个标志，相较传统钨钼具有轻质、热导率低、耐2000以上摄氏度等优点，作为高温氧化物晶体生长温场用保温材料，可形成更为稳定、理想的晶体生长温场，易于生长出质量好、低缺陷的晶体材料，目前已越来越成为高温氧化物晶体生长的首选保温材料。在实际应用中，因采用纯氧化锆纤维砖与钨钼桶反应，造成钨钼保温桶使用寿命短的缺点。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种以解决传统高温氧化物晶体生长炉中使用的多层钨钼保温桶结构在使用过程中温场控制困难，高温环境下钨钼保温桶容易与氧化锆反应等问题，更加易于调节温场并建立合理温度梯度的在高温氧化物晶体生长炉中应用的复合金属涂层氧化锆保温结构。

本发明提供的技术方案是：

一种氧化锆纤维制品复合金属涂层保温结构，其特征在于：该保温结构内层为钨钼保温桶，外层为复合金属涂层氧化锆保温桶；所述复合金属涂层氧化锆保温桶在高度方向上由多层圆环组接而成，每层圆环由至少两个氧化锆纤维砖环瓣拼接而成，所述氧化锆纤维砖环瓣包括氧化锆纤维砖本体及内表面上的耐高温金属层。

进一步的，所述的耐高温金属层为磁控溅射复合而成，其金属层材质为钨、钼、铌、锆、钛、铪难熔金属的任意一种。

进一步的，所述的耐高温金属层的厚度为1~5mm。

进一步的，所述的钨钼桶直径400~1100mm，厚度3~5mm，高度800~1500mm。

进一步的，所述的钨钼桶与复合金属涂层氧化锆保温桶相邻间距为1~20mm。

进一步的，所述复合金属涂层氧化锆保温桶设置为单层结构，直径为450~1200mm。

进一步的，所述的复合金属涂层氧化锆保温桶高度方向上包括5~15层由氧化锆纤维砖环瓣拼接的圆环。

进一步的，所述的圆环每层高度为50~300mm，由3~9瓣氧化锆纤维砖环瓣拼接而成。

进一步的，所述的氧化锆纤维砖环瓣厚度为40~90mm。

进一步的，所述的复合金属涂层氧化锆保温桶中相邻氧化锆纤维砖环瓣间设置有相配合的用于固定的定位凹槽与定位突起，所述的定位突起直径为氧化锆纤维砖环瓣厚度的1/3~1/2。

圆环由至少两个氧化锆纤维砖环瓣拼接而成，优选的，由3~9瓣氧化锆纤维砖环瓣拼接而成。

优选的，钨钼桶直径400~1100mm，厚度3~5mm，高度800~1500mm。

所述的复合金属涂层氧化锆保温桶设置为单层结构，指的是在复合金属涂层氧化锆保温桶的同心圆方向上设置一层复合金属涂层氧化锆保温桶，即在钨钼桶的外层设置一层复合金属涂层氧化锆保温桶。

本申请提供的技术方案保留一层钨钼保温桶，该保温桶的主要目的是利用其光滑内壁形成反射面，最大程度降低辐射传导，在钨钼保温桶外边同心圆放置复合金属涂层氧化锆保温结构，该复合金属涂层氧化锆保温结构在高度方向上由多层圆环组接而成，每层圆环由多瓣氧化锆纤维砖环瓣拼接而成，氧化锆纤维砖环瓣由氧化锆纤维烧结制的氧化锆纤维砖制成，所述氧化锆纤维砖环瓣包括氧化锆纤维砖本体及内表面上的耐高温金属层，从整体来看，在复合金属涂层氧化锆保温桶的内表面复合一层耐高温金属，耐高温金属层为磁控溅射复合而成，耐高温金属层的材质优选为钨、钼、铌、锆、钛、铪难熔金属的任意一种。

本发明采用复合金属涂层氧化锆材料制成的保温结构替代传统高温氧化物单晶生长炉中使用的多层钨钼保温桶结构，采用该复合金属涂层氧化锆保温结构可避免传统多层钨钼保温桶保温桶结构高温下与氧化锆反应造成的钨钼桶减薄问题，并且具有易于温度调节、利于形成均匀稳定的温场、增加使用寿命及降低耗电量的优点。

本发明的有益效果有：

1.氧化锆陶瓷纤维是无机高性能纤维的一种，具有熔点高（2680℃）、高温蒸汽压低、耐腐蚀、抗氧化等物理化学性质，是一种综合性能优异的耐高温材料，在1600℃以上高温工业窑炉中有广泛的应用。

2.本发明采用复合金属涂层氧化锆纤维砖制成的保温桶，可避免传统高温氧化物单晶生长炉中多层钨钼保温桶结构由于高温下变形造成的温度场失效的问题。

3.本发明中采用的氧化锆纤维保温桶具有耐高温、抗氧化的优点，同时复合金属涂层即耐高温金属层可以有效避免与单层钨钼桶的反应，延长钨钼保温桶结构的使用寿命。

4.由于单层的钨钼桶最大程度降低辐射传导，同时由于氧化锆纤维砖导热系数小，可有效保持炉内温度，保温效果好，热量流失少，进而减少了生长所需用电量，较传统多层钨钼保温桶结构节能30~40%。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：

图1为本发明氧化锆纤维制品复合金属涂层保温结构示意图；

图2为本发明复合金属涂层氧化锆保温桶拼接圆环结构示意图。

其中，1.钨钼桶；2.复合金属涂层氧化锆保温桶；3.耐高温金属层；4.圆环；5.氧化锆纤维砖环瓣；6.定位突起；7.定位凹槽；d1、d2.内径；h、h1.高度；l、l1、l2.厚度。

具体实施方式

本实施例提供的氧化锆纤维制品复合金属涂层保温结构包括2层保温桶，由内向外分别为钨钼桶1和复合金属涂层氧化锆保温桶2，钨钼桶1与复合金属涂层氧化锆保温桶2相邻间距为1~20mm，参照说明书附图1和2，所述钨钼桶1的内径为d1为530mm，复合金属涂层氧化锆保温桶2的内径d2为560mm。复合金属涂层氧化锆保温桶2的高度为h，复合金属涂层氧化锆保温桶2在高度方向上由五层圆环4组接而成，每层圆环4的高度h1为100mm、由4个复合金属涂层氧化锆纤维砖环瓣5拼接组成，氧化锆纤维砖环瓣5包括氧化锆纤维砖本体及内表面上的耐高温金属层3，氧化锆纤维砖环瓣5内表面上复合耐高温金属，即形成复合金属涂层的氧化锆纤维砖环瓣。这样整体上，在复合金属涂层氧化锆保温桶2的内表面具有一层耐高温金属层3，一般来说，耐高温金属层3用磁控溅射制成，耐高温金属层3的材质优选为钨、钼、铌、锆、钛、铪难熔金属的任意一种。

如图2所示，复合金属涂层氧化锆保温桶2的厚度l=60mm，其中氧化锆纤维砖环瓣5的厚度l2为59mm，复合金属涂层即耐高温金属层3的厚度l1为1mm，圆环4内相邻的两个氧化锆纤维砖环瓣5之间及每个氧化锆纤维砖环瓣5上下连接处均有相配合的半径为r1和r2的定位突起6和定位凹槽7，r2稍大于r1，定位突起直径r1为氧化锆纤维砖环瓣5厚度的1/3。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。