專利名稱：一種藍(lán)寶石單晶爐保溫結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種晶體生長爐中的熱場結(jié)構(gòu)，具體涉及一種冷心放肩微量提拉法生長藍(lán)寶石的單晶爐中的保溫結(jié)構(gòu)。背景技術(shù)：
藍(lán)寶石單晶具有優(yōu)異的光學(xué)、機(jī)械、化學(xué)和電性能，從0.190^5.5 μ m波段均具有較高的光學(xué)透過率，可在接近2000°C高溫的惡劣條件下工作，被廣泛用作各種光學(xué)元件、紅外軍事裝置、空間飛行器和高強(qiáng)度激光器的窗口材料。尤其因具有優(yōu)異的綜合性能，成為目前LED用半導(dǎo)體襯底的首選材料。藍(lán)寶石具有性能穩(wěn)定、市場需求量大、綜合利用率及產(chǎn)品附加值高等特點，成為近年國內(nèi)外研究開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化熱點。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們對藍(lán)寶石的質(zhì)量和尺寸提出了更高的要求，在保證晶體內(nèi)部質(zhì)量和成品率的基礎(chǔ)上，還必須通過各種途徑進(jìn)一步降低成本。藍(lán)寶石單晶產(chǎn)品是否具有市場競爭力，晶體生長設(shè)備的設(shè)計非常重要。

藍(lán)寶石單晶生長設(shè)備結(jié)構(gòu)合理是生長高品質(zhì)、大尺寸藍(lán)寶石單晶的前提條件。只有溫場合理，才有可能有效控制晶體徑向和軸向的溫度梯度，生長出形狀理想、內(nèi)部缺陷少的高品質(zhì)藍(lán)寶石單晶。為防止熱量散失，形成合理溫場，單晶爐內(nèi)各方向都進(jìn)行了熱防護(hù)，形成了上部、底部、側(cè)面保溫結(jié)構(gòu)，當(dāng)然，從保溫結(jié)構(gòu)來看，降低生產(chǎn)成本的改善途徑有兩方面，一方面通過加強(qiáng)保溫效果提高熱能的利用率，另一方面通過延長保溫結(jié)構(gòu)的使用壽命可以有效降低成本。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠有效利用熱能，減少熱量損失，增強(qiáng)保溫效果，建立合理溫度梯度，使溫場更加易于調(diào)節(jié)，解決傳統(tǒng)泡生法單晶爐中熱能利用率低，使用的鑰隔熱屏結(jié)構(gòu)在高溫環(huán)境下?lián)]發(fā)、變形，使用壽命短問題的藍(lán)寶石單晶爐保溫結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的:該藍(lán)寶石單晶爐保溫結(jié)構(gòu)包括爐蓋下氧化鋯纖維磚保溫結(jié)構(gòu)、上隔熱屏氧化鋯纖維磚結(jié)構(gòu)、側(cè)隔熱屏氧化鋯纖維磚結(jié)構(gòu)和下隔熱屏氧化鋯纖維磚結(jié)構(gòu)，爐蓋下氧化鋯纖維磚保溫結(jié)構(gòu)包括設(shè)置于大爐蓋下的氧化鋯纖維磚圓環(huán)保溫層；上隔熱屏氧化鋯纖維磚結(jié)構(gòu)包括圓形支撐結(jié)構(gòu)與上部鑰隔熱屏，上部鑰隔熱屏由多層鑰片組成，在圓形支撐結(jié)構(gòu)與鑰片之間有與鑰片直徑相同的第一氧化鋯保溫層，第一氧化鋯保溫層為扇形氧化鋯纖維磚拼接成的圓環(huán)形塊體；側(cè)隔熱屏氧化鋯纖維磚結(jié)構(gòu)包括多層不同直徑的氧化鋯保溫桶，每層氧化鋯保溫桶在高度方向上由多層氧化鋯纖維磚環(huán)瓣拼接的圓環(huán)組成；下隔熱屏氧化鋯纖維磚結(jié)構(gòu)包括第二氧化鋯保溫層和下部鑰隔熱屏，下部鑰隔熱屏由多層鑰片組成，第二氧化鋯保溫層與鑰片間設(shè)置有分隔用的氧化鋯陶瓷環(huán)，第二氧化鋯保溫層由氧化鋯纖維磚組成，第二氧化鋯保溫層和鑰片中心設(shè)置有圓形通孔，氧化鋯陶瓷環(huán)由氧化鋯纖維磚組接而成。本發(fā)明還有這樣一些特征:
1、所述的氧化鋯纖維磚圓環(huán)保溫層外徑小于大爐蓋，內(nèi)徑大于小爐蓋內(nèi)壁5 30_，氧化鋯纖維磚圓環(huán)保溫層由2 4塊氧化鋯纖維磚拼接而成，用Γ12組螺桿固定在大爐蓋內(nèi)圓和外圓下方。2、所述的第一氧化鋯保溫層為由21塊扇形氧化鋯纖維磚拼接圓環(huán)形塊體，圓形支撐結(jié)構(gòu)為圓形不銹鋼板，圓形不銹鋼板、第一氧化鋯保溫層和多層鑰片通過鑰螺栓和鑰螺母連接并固定在一起，鑰片為圓形，共5 15層，內(nèi)設(shè)置有規(guī)律排布觀察孔(具體見專利201120081033.5)。3、所述的側(cè)隔熱屏氧化鋯纖維磚結(jié)構(gòu)由2飛層氧化鋯保溫桶組成，氧化鋯保溫桶從上至下由2 10層氧化鋯纖維磚拼接的圓環(huán)組接而成，每層圓環(huán)由21瓣氧化鋯纖維磚環(huán)瓣拼接而成。4、所述的第二氧化鋯保溫層為由21塊扇形氧化鋯纖維磚拼接圓形塊體，第二氧化鋯保溫層與鑰片間用2飛個氧化鋯陶瓷環(huán)分隔，氧化鋯陶瓷環(huán)由21個氧化鋯纖維磚環(huán)瓣組成，第二氧化鋯保溫層和鑰片中心設(shè)置有比坩堝支撐棒直徑大0.5^2mm的圓形通孔，外徑比側(cè)隔熱屏氧化鋯纖維磚結(jié)構(gòu)最內(nèi)層直徑小0.5 2mm，下部鑰隔熱屏由5 15層圓形鑰片組成，內(nèi)設(shè)置有規(guī)律排布觀·察孔(具體見專利201120081033.5)。5、所述的氧化鋯纖維磚間均設(shè)置有廣4組相配合的半圓形定位凹槽與定位突起，定位凹槽與定位突起半徑5 10mm。本發(fā)明的有益效果有:
1.本發(fā)明中采用的氧化鋯纖維磚具有耐高溫、抗氧化的優(yōu)點，該結(jié)構(gòu)便于拆卸，氧化鋯層可以重復(fù)使用，可有效延長隔熱屏的使用壽命。2.本發(fā)明中采用氧化鋯纖維磚保溫結(jié)構(gòu)替代與靠近發(fā)熱體的部分傳統(tǒng)鑰隔熱屏，可避免鑰隔熱屏在高溫區(qū)的揮發(fā)而對發(fā)熱體、籽晶夾等內(nèi)部結(jié)構(gòu)造成的影響，并避免了晶體生長過程中引入雜質(zhì)。3.本發(fā)明中氧化鋯保溫層由若干塊氧化鋯纖維磚拼接而成，可避免傳統(tǒng)鑰隔熱屏由于加熱、冷卻過程中產(chǎn)生隔熱屏上部和下部鑰片因所處區(qū)域溫度差異，熱脹冷縮程度不同弓I起變形程度不同，進(jìn)而帶來失效的問題。4.本發(fā)明采用氧化鋯纖維磚制成保溫層替代與傳統(tǒng)鑰隔熱屏上部數(shù)層鑰片，有利于形成均勻穩(wěn)定的溫場，溫度調(diào)節(jié)容易，保證合理的徑向和軸向的溫度梯度，符合冷心放肩微量提拉法對溫場分布的要求。5.本發(fā)明采用氧化鋯纖維磚制成保溫層部或部分替代傳統(tǒng)鑰片隔熱屏結(jié)構(gòu)，由于其優(yōu)異的隔熱保溫特性，可有效保持爐內(nèi)溫度，保溫效果好，熱量流失少，進(jìn)而減少了生長所需用電量，較傳統(tǒng)鑰隔熱屏節(jié)能1(Γ20%。氧化鋯具有使用溫度高(最高使用溫度可達(dá)2200°C)、導(dǎo)熱系數(shù)小(在金屬氧化物當(dāng)中導(dǎo)熱系數(shù)最低)、抗氧化、高溫下不易揮發(fā)、無污染等一系列優(yōu)良特性，在超高溫隔熱應(yīng)用方面具有獨特優(yōu)勢。本發(fā)明采用氧化鋯纖維磚制成保溫層，全部或部分替代傳統(tǒng)鑰片隔熱屏結(jié)構(gòu)，可有效增強(qiáng)爐內(nèi)保溫效果，防止熱量快速流失，形成合理的溫場結(jié)構(gòu)。本發(fā)明在前期授權(quán)專利號ZL200920100239.0和ZL 201120081033.5中公布的冷心放肩微量提拉法藍(lán)寶石單晶生長爐保溫結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，為有效利用熱能，減少熱量損失，增強(qiáng)保溫效果，建立合理溫度梯度，使溫場更加易于調(diào)節(jié)，解決傳統(tǒng)泡生法單晶爐中熱能利用率低，使用的鑰隔熱屏結(jié)構(gòu)在高溫環(huán)境下?lián)]發(fā)、變形，使用壽命短的問題。

圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意 圖2-圖3為氧化鋯保溫層結(jié)構(gòu)示意圖。具體實施例方式 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。結(jié)合圖1-3，本實施例中單晶爐上有小爐蓋1、大爐蓋2，藍(lán)寶石單晶爐保溫結(jié)構(gòu)由爐蓋下氧化鋯纖維磚保溫結(jié)構(gòu)3、上隔熱屏氧化鋯纖維磚結(jié)構(gòu)4、側(cè)隔熱屏氧化鋯纖維磚結(jié)構(gòu)5和下隔熱屏氧化鋯纖維磚結(jié)構(gòu)6組成。爐蓋下氧化鋯纖維磚保溫結(jié)構(gòu)3為由2個氧化鋯纖維磚組成的氧化鋯纖維磚圓環(huán)保溫層，外徑小于大爐蓋，內(nèi)徑大于小爐蓋內(nèi)壁10_，，用4組螺桿固定在大爐蓋2下方。 上隔熱屏氧化鋯纖維磚結(jié)構(gòu)4在不銹鋼圓形支撐結(jié)構(gòu)與上部鑰隔熱屏8之間增加了與第一氧化鋯保溫層。第一氧化鋯保溫層由4塊扇形氧化鋯纖維磚組成，上部鑰隔熱屏8由7片鑰片組成。側(cè)隔熱屏氧化鋯纖維磚結(jié)構(gòu)5采用3層氧化鋯保溫桶替代傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的鑰側(cè)隔熱屏，氧化鋯保溫桶高度方向上由6個圓環(huán)組成，圓環(huán)由4個氧化鋯纖維磚環(huán)瓣拼接而成。下隔熱屏氧化鋯纖維磚結(jié)構(gòu)包括第二氧化鋯保溫層和下部鑰隔熱屏，下部鑰隔熱屏由6層鑰片組成，用鑰螺桿和鑰螺母分隔固定。第二氧化鋯保溫層為由4塊氧化鋯纖維磚拼接的中空圓形塊體，第二氧化鋯保溫層與鑰片間設(shè)置有分隔用的氧化鋯陶瓷環(huán)9，氧化鋯陶瓷環(huán)9由4瓣氧化鋯纖維磚環(huán)瓣組成，且每個環(huán)瓣的接縫位于第二氧化鋯保溫層氧化鋯纖維磚的中部。第二氧化鋯保溫層和鑰片中心設(shè)置有比坩堝支撐棒直徑大Imm的圓形通孔，第二氧化鋯保溫層和鑰片外徑比側(cè)隔熱屏氧化鋯纖維磚結(jié)構(gòu)最內(nèi)層直徑小1mm。以上所有氧化鋯纖維磚連接處軍設(shè)置有f 4組相配合的定位突起與定位凹槽，半徑分別為Rl=5mm、R2=5.2mm。鑰片內(nèi)設(shè)置有規(guī)律排布觀察孔(具體見專利201120081033.5)。
權(quán)利要求
1.一種藍(lán)寶石單晶爐保溫結(jié)構(gòu)，其特征在于它包括爐蓋下氧化鋯纖維磚保溫結(jié)構(gòu)、上隔熱屏氧化鋯纖維磚結(jié)構(gòu)、側(cè)隔熱屏氧化鋯纖維磚結(jié)構(gòu)和下隔熱屏氧化鋯纖維磚結(jié)構(gòu)，爐蓋下氧化鋯纖維磚保溫結(jié)構(gòu)包括設(shè)置于大爐蓋下的氧化鋯纖維磚圓環(huán)保溫層；上隔熱屏氧化鋯纖維磚結(jié)構(gòu)包括圓形支撐結(jié)構(gòu)與上部鑰隔熱屏，上部鑰隔熱屏由多層鑰片組成，在圓形支撐結(jié)構(gòu)與鑰片之間有與鑰片直徑相同的第一氧化鋯保溫層，第一氧化鋯保溫層為扇形氧化鋯纖維磚拼接成的圓環(huán)形塊體；側(cè)隔熱屏氧化鋯纖維磚結(jié)構(gòu)包括多層不同直徑的氧化鋯保溫桶，每層氧化鋯保溫桶在高度方向上由多層氧化鋯纖維磚環(huán)瓣拼接的圓環(huán)組成；下隔熱屏氧化鋯纖維磚結(jié)構(gòu)包括第二氧化鋯保溫層和下部鑰隔熱屏，下部鑰隔熱屏由多層鑰片組成，第二氧化鋯保溫層與鑰片間設(shè)置有分隔用的氧化鋯陶瓷環(huán)，第二氧化鋯保溫層由氧化鋯纖維磚組成，第二氧化鋯保溫層和鑰片中心設(shè)置有圓形通孔，氧化鋯陶瓷環(huán)由氧化鋯纖維磚組接而成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種藍(lán)寶石單晶爐保溫結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的氧化鋯纖維磚圓環(huán)保溫層外徑小于大爐蓋，內(nèi)徑大于小爐蓋內(nèi)壁5 30_，氧化鋯纖維磚圓環(huán)保溫層由2^4塊氧化鋯纖維磚拼接而成，用Γ12組螺桿固定在大爐蓋內(nèi)圓和外圓下方。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種藍(lán)寶石單晶爐保溫結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的第一氧化鋯保溫層為由8塊扇形氧化鋯纖維磚拼接圓環(huán)形塊體，圓形支撐結(jié)構(gòu)為圓形不銹鋼板，圓形不銹鋼板、第一氧化鋯保溫層和多層鑰片通過鑰螺栓和鑰螺母連接并固定在一起，鑰片為圓形，共5 15層。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種藍(lán)寶石單晶爐保溫結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的側(cè)隔熱屏氧化鋯纖維磚結(jié)構(gòu)由2飛層氧化鋯保溫桶組成，氧化鋯保溫桶從上至下由2 10層氧化鋯纖維磚拼接的圓環(huán)組接而成，每層圓環(huán)由21瓣氧化鋯纖維磚環(huán)瓣拼接而成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述一種藍(lán)寶石單晶爐保溫結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的第二氧化鋯保溫層為由21塊 扇形氧化鋯纖維磚拼接圓形塊體，第二氧化鋯保溫層與鑰片間用2飛個氧化鋯陶瓷環(huán)分隔，氧化鋯陶瓷環(huán)由2 8個氧化鋯纖維磚環(huán)瓣組成，第二氧化鋯保溫層和鑰片中心設(shè)置有比坩堝支撐棒直徑大0.5^2mm的圓形通孔，外徑比側(cè)隔熱屏氧化鋯纖維磚結(jié)構(gòu)最內(nèi)層直徑小0.5 2mm，下部鑰隔熱屏由5 15層圓形鑰片組成。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述一種藍(lán)寶石單晶爐保溫結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的氧化鋯纖維磚間均設(shè)置有f 4組相配合的半圓形定位凹槽與定位突起，定位凹槽與定位突起半徑5 IOmm0
全文摘要
本發(fā)明提供了一種藍(lán)寶石單晶爐保溫結(jié)構(gòu)。該藍(lán)寶石單晶爐保溫結(jié)構(gòu)包括爐蓋下氧化鋯纖維磚保溫結(jié)構(gòu)、上隔熱屏氧化鋯纖維磚結(jié)構(gòu)、側(cè)隔熱屏氧化鋯纖維磚結(jié)構(gòu)和下隔熱屏氧化鋯纖維磚結(jié)構(gòu)。本發(fā)明能夠有效利用熱能，減少熱量損失，增強(qiáng)保溫效果，建立合理溫度梯度，使溫場更加易于調(diào)節(jié)，解決傳統(tǒng)泡生法單晶爐中熱能利用率低，使用的鉬隔熱屏結(jié)構(gòu)在高溫環(huán)境下?lián)]發(fā)、變形，使用壽命短等問題。
文檔編號C30B29/20GK103215635SQ201310151940
公開日2013年7月24日 申請日期2013年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月27日
發(fā)明者左洪波, 楊鑫宏, 張學(xué)軍, 丁廣博 申請人:哈爾濱奧瑞德光電技術(shù)股份有限公司