CN203333810U

CN203333810U - 一种蓝宝石单晶炉保温结构

Info

Publication number: CN203333810U
Application number: CN2013202227491U
Authority: CN
Inventors: 左洪波; 杨鑫宏; 张学军; 丁广博
Original assignee: Harbin Aurora Optoelectronics Technology Co Ltd
Current assignee: Harbin Aurora Optoelectronics Technology Co Ltd
Priority date: 2013-04-27
Filing date: 2013-04-27
Publication date: 2013-12-11
Anticipated expiration: 2023-04-27

Abstract

本实用新型提供了一种蓝宝石单晶炉保温结构。该蓝宝石单晶炉保温结构包括炉盖下氧化锆纤维砖保温结构、上隔热屏氧化锆纤维砖结构、侧隔热屏氧化锆纤维砖结构和下隔热屏氧化锆纤维砖结构。本实用新型能够有效利用热能，减少热量损失，增强保温效果，建立合理温度梯度，使温场更加易于调节，解决传统泡生法单晶炉中热能利用率低，使用的钼隔热屏结构在高温环境下挥发、变形，使用寿命短等问题。

Description

一种蓝宝石单晶炉保温结构

（一）技术领域

本实用新型涉及一种晶体生长炉中的热场结构，具体涉及一种冷心放肩微量提拉法生长蓝宝石的单晶炉中的保温结构。

（二）背景技术

蓝宝石单晶具有优异的光学、机械、化学和电性能，从0.190~5.5μm波段均具有较高的光学透过率，可在接近2000℃高温的恶劣条件下工作，被广泛用作各种光学元件、红外军事装置、空间飞行器和高强度激光器的窗口材料。尤其因具有优异的综合性能，成为目前LED用半导体衬底的首选材料。

蓝宝石具有性能稳定、市场需求量大、综合利用率及产品附加值高等特点，成为近年国内外研究开发和产业化热点。随着科学技术的发展，人们对蓝宝石的质量和尺寸提出了更高的要求，在保证晶体内部质量和成品率的基础上，还必须通过各种途径进一步降低成本。蓝宝石单晶产品是否具有市场竞争力，晶体生长设备的设计非常重要。

蓝宝石单晶生长设备结构合理是生长高品质、大尺寸蓝宝石单晶的前提条件。只有温场合理，才有可能有效控制晶体径向和轴向的温度梯度，生长出形状理想、内部缺陷少的高品质蓝宝石单晶。为防止热量散失，形成合理温场，单晶炉内各方向都进行了热防护，形成了上部、底部、侧面保温结构，当然，从保温结构来看，降低生产成本的改善途径有两方面，一方面通过加强保温效果提高热能的利用率，另一方面通过延长保温结构的使用寿命可以有效降低成本。

（三）实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种能够有效利用热能，减少热量损失，增强保温效果，建立合理温度梯度，使温场更加易于调节，解决传统泡生法单晶炉中热能利用率低，使用的钼隔热屏结构在高温环境下挥发、变形，使用寿命短问题的蓝宝石单晶炉保温结构。

本实用新型的目的是这样实现的：该蓝宝石单晶炉保温结构包括炉盖下氧化锆纤维砖保温结构、上隔热屏氧化锆纤维砖结构、侧隔热屏氧化锆纤维砖结构和下隔热屏氧化锆纤维砖结构，炉盖下氧化锆纤维砖保温结构包括设置于大炉盖下的氧化锆纤维砖圆环保温层；上隔热屏氧化锆纤维砖结构包括圆形支撑结构与上部钼隔热屏，上部钼隔热屏由多层钼片组成，在圆形支撑结构与钼片之间有与钼片直径相同的第一氧化锆保温层，第一氧化锆保温层为扇形氧化锆纤维砖拼接成的圆环形块体；侧隔热屏氧化锆纤维砖结构包括多层不同直径的氧化锆保温桶，每层氧化锆保温桶在高度方向上由多层氧化锆纤维砖环瓣拼接的圆环组成；下隔热屏氧化锆纤维砖结构包括第二氧化锆保温层和下部钼隔热屏，下部钼隔热屏由多层钼片组成，第二氧化锆保温层与钼片间设置有分隔用的氧化锆陶瓷环，第二氧化锆保温层由氧化锆纤维砖组成，第二氧化锆保温层和钼片中心设置有圆形通孔，氧化锆陶瓷环由氧化锆纤维砖组接而成。

本实用新型还有这样一些特征：

1、所述的氧化锆纤维砖圆环保温层外径小于大炉盖，内径大于小炉盖内壁5~30mm，氧化锆纤维砖圆环保温层由2~4块氧化锆纤维砖拼接而成，用4~12组螺杆固定在大炉盖内圆和外圆下方。

2、所述的第一氧化锆保温层为由2~8块扇形氧化锆纤维砖拼接圆环形块体，圆形支撑结构为圆形不锈钢板，圆形不锈钢板、第一氧化锆保温层和多层钼片通过钼螺栓和钼螺母连接并固定在一起，钼片为圆形，共5~15层，内设置有规律排布观察孔（具体见专利201120081033.5）。

3、所述的侧隔热屏氧化锆纤维砖结构由2~5层氧化锆保温桶组成，氧化锆保温桶从上至下由2~10层氧化锆纤维砖拼接的圆环组接而成，每层圆环由2~8瓣氧化锆纤维砖环瓣拼接而成。

4、所述的第二氧化锆保温层为由2~8块扇形氧化锆纤维砖拼接圆形块体，第二氧化锆保温层与钼片间用2~6个氧化锆陶瓷环分隔，氧化锆陶瓷环由2~8个氧化锆纤维砖环瓣组成，第二氧化锆保温层和钼片中心设置有比坩埚支撑棒直径大0.5~2mm的圆形通孔，外径比侧隔热屏氧化锆纤维砖结构最内层直径小0.5~2mm，下部钼隔热屏由5~15层圆形钼片组成，内设置有规律排布观察孔（具体见专利201120081033.5）。

5、所述的氧化锆纤维砖间均设置有1~4组相配合的半圆形定位凹槽与定位突起，定位凹槽与定位突起半径5~10mm。

本实用新型的有益效果有：

1. 本实用新型中采用的氧化锆纤维砖具有耐高温、抗氧化的优点，该结构便于拆卸，氧化锆层可以重复使用，可有效延长隔热屏的使用寿命。

2. 本实用新型中采用氧化锆纤维砖保温结构替代与靠近发热体的部分传统钼隔热屏，可避免钼隔热屏在高温区的挥发而对发热体、籽晶夹等内部结构造成的影响，并避免了晶体生长过程中引入杂质。

3. 本实用新型中氧化锆保温层由若干块氧化锆纤维砖拼接而成，可避免传统钼隔热屏由于加热、冷却过程中产生隔热屏上部和下部钼片因所处区域温度差异，热胀冷缩程度不同引起变形程度不同，进而带来失效的问题。

4. 本实用新型采用氧化锆纤维砖制成保温层替代与传统钼隔热屏上部数层钼片，有利于形成均匀稳定的温场，温度调节容易，保证合理的径向和轴向的温度梯度，符合冷心放肩微量提拉法对温场分布的要求。

5. 本实用新型采用氧化锆纤维砖制成保温层部或部分替代传统钼片隔热屏结构，由于其优异的隔热保温特性，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，较传统钼隔热屏节能10~20%。

氧化锆具有使用温度高（最高使用温度可达2200℃）、导热系数小（在金属氧化物当中导热系数最低）、抗氧化、高温下不易挥发、无污染等一系列优良特性，在超高温隔热应用方面具有独特优势。本实用新型采用氧化锆纤维砖制成保温层，全部或部分替代传统钼片隔热屏结构，可有效增强炉内保温效果，防止热量快速流失，形成合理的温场结构。本实用新型在前期授权专利号ZL200920100239.0和ZL 201120081033.5中公布的冷心放肩微量提拉法蓝宝石单晶生长炉保温结构的基础上，为有效利用热能，减少热量损失，增强保温效果，建立合理温度梯度，使温场更加易于调节，解决传统泡生法单晶炉中热能利用率低，使用的钼隔热屏结构在高温环境下挥发、变形，使用寿命短的问题。

（四）附图说明

图1为本实用新型结构示意图；

图2-图3为氧化锆保温层结构示意图。

（五）具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行详细说明。

结合图1-3，本实施例中单晶炉上有小炉盖1、大炉盖2，蓝宝石单晶炉保温结构由炉盖下氧化锆纤维砖保温结构3、上隔热屏氧化锆纤维砖结构4、侧隔热屏氧化锆纤维砖结构5和下隔热屏氧化锆纤维砖结构6组成。炉盖下氧化锆纤维砖保温结构3为由2个氧化锆纤维砖组成的氧化锆纤维砖圆环保温层，外径小于大炉盖，内径大于小炉盖内壁10mm，，用4组螺杆固定在大炉盖2下方。上隔热屏氧化锆纤维砖结构4在不锈钢圆形支撑结构与上部钼隔热屏8之间增加了与第一氧化锆保温层。第一氧化锆保温层由4块扇形氧化锆纤维砖组成，上部钼隔热屏8由7片钼片组成。侧隔热屏氧化锆纤维砖结构5采用3层氧化锆保温桶替代传统结构的钼侧隔热屏，氧化锆保温桶高度方向上由6个圆环组成，圆环由4个氧化锆纤维砖环瓣拼接而成。下隔热屏氧化锆纤维砖结构包括第二氧化锆保温层和下部钼隔热屏，下部钼隔热屏由6层钼片组成，用钼螺杆和钼螺母分隔固定。第二氧化锆保温层为由4块氧化锆纤维砖拼接的中空圆形块体，第二氧化锆保温层与钼片间设置有分隔用的氧化锆陶瓷环9，氧化锆陶瓷环9由4瓣氧化锆纤维砖环瓣组成，且每个环瓣的接缝位于第二氧化锆保温层氧化锆纤维砖的中部。第二氧化锆保温层和钼片中心设置有比坩埚支撑棒直径大1mm的圆形通孔，第二氧化锆保温层和钼片外径比侧隔热屏氧化锆纤维砖结构最内层直径小1mm。以上所有氧化锆纤维砖连接处军设置有1~4组相配合的定位突起与定位凹槽，半径分别为R1=5mm、R2=5.2mm。钼片内设置有规律排布观察孔（具体见专利201120081033.5）。

Claims

1.一种蓝宝石单晶炉保温结构，其特征在于它包括炉盖下氧化锆纤维砖保温结构、上隔热屏氧化锆纤维砖结构、侧隔热屏氧化锆纤维砖结构和下隔热屏氧化锆纤维砖结构，炉盖下氧化锆纤维砖保温结构包括设置于大炉盖下的氧化锆纤维砖圆环保温层；上隔热屏氧化锆纤维砖结构包括圆形支撑结构与上部钼隔热屏，上部钼隔热屏由多层钼片组成，在圆形支撑结构与钼片之间有与钼片直径相同的第一氧化锆保温层，第一氧化锆保温层为扇形氧化锆纤维砖拼接成的圆环形块体；侧隔热屏氧化锆纤维砖结构包括多层不同直径的氧化锆保温桶，每层氧化锆保温桶在高度方向上由多层氧化锆纤维砖环瓣拼接的圆环组成；下隔热屏氧化锆纤维砖结构包括第二氧化锆保温层和下部钼隔热屏，下部钼隔热屏由多层钼片组成，第二氧化锆保温层与钼片间设置有分隔用的氧化锆陶瓷环，第二氧化锆保温层由氧化锆纤维砖组成，第二氧化锆保温层和钼片中心设置有圆形通孔，氧化锆陶瓷环由氧化锆纤维砖组接而成。

2.根据权利要求1所述一种蓝宝石单晶炉保温结构，其特征在于所述的氧化锆纤维砖圆环保温层外径小于大炉盖，内径大于小炉盖内壁5~30mm，氧化锆纤维砖圆环保温层由2~4块氧化锆纤维砖拼接而成，用4~12组螺杆固定在大炉盖内圆和外圆下方。

3.根据权利要求2所述一种蓝宝石单晶炉保温结构，其特征在于所述的第一氧化锆保温层为由2~8块扇形氧化锆纤维砖拼接圆环形块体，圆形支撑结构为圆形不锈钢板，圆形不锈钢板、第一氧化锆保温层和多层钼片通过钼螺栓和钼螺母连接并固定在一起，钼片为圆形，共5~15层。

4.根据权利要求3所述一种蓝宝石单晶炉保温结构，其特征在于所述的侧隔热屏氧化锆纤维砖结构由2~5层氧化锆保温桶组成，氧化锆保温桶从上至下由2~10层氧化锆纤维砖拼接的圆环组接而成，每层圆环由2~8瓣氧化锆纤维砖环瓣拼接而成。

5.根据权利要求4所述一种蓝宝石单晶炉保温结构，其特征在于所述的第二氧化锆保温层为由2~8块扇形氧化锆纤维砖拼接圆形块体，第二氧化锆保温层与钼片间用2~6个氧化锆陶瓷环分隔，氧化锆陶瓷环由2~8个氧化锆纤维砖环瓣组成，第二氧化锆保温层和钼片中心设置有比坩埚支撑棒直径大0.5~2mm的圆形通孔，外径比侧隔热屏氧化锆纤维砖结构最内层直径小0.5~2mm，下部钼隔热屏由5~15层圆形钼片组成。

6.根据权利要求5所述一种蓝宝石单晶炉保温结构，其特征在于所述的氧化锆纤维砖间均设置有1~4组相配合的半圆形定位凹槽与定位突起，定位凹槽与定位突起半径5~10mm。