CN203440499U - 一种节能蓝宝石晶体炉 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种节能蓝宝石晶体炉，所述节能蓝宝石晶体炉包括带水冷夹套的不锈钢炉筒，带水冷夹套的不锈钢炉盖，带水冷夹套的不锈钢底板，上隔热屏，中隔热屏，侧隔热屏，下隔热屏，加热器，坩埚，坩埚支柱组件，底部隔热组件。底部隔热组件安装在不锈钢底板上侧，其圆形钼板和环形钼支架之间填充氧化锆隔热材料。本实用新型节能蓝宝石晶体炉，能够高效降低蓝宝石晶体生长过程的总能耗，在保证热场稳定性和蓝宝石晶体质量的同时，显著降低蓝宝石晶体的生产成本。
Description
技术领域
本实用新型涉及蓝宝石晶体生长领域，具体的是一种节能蓝宝石晶体炉。
背景技术
蓝宝石是氧化铝（Al2O3）的单晶形态，具有很宽的光学穿透带，从近紫外光到中红外线都具有很好的透光性。蓝宝石还具有高声速、高耐温、抗腐蚀、高硬度、熔点高等特点。由于其优良的机械和光学性能，蓝宝石晶体被广泛应用于LED衬底材料、红外装置、高强度镭射镜片等领域。近年来半导体照明产业的快速发展，推动了蓝宝石需求的快速增长和晶体生长技术的不断发展。
目前，世界上应用和研究最广泛的蓝宝石晶体生长技术为熔体法，包括晶体提拉法、导模法、热交换法和泡生法，其中，泡生法晶体生长工艺经过科研工作者几十年的不断优化改进，已成为目前生产大尺寸蓝宝石晶体的主流方法之一。
蓝宝石晶体的生长是在真空高温炉中进行的，生长过程之初，加热器须消耗大量的电能以提供高于晶体熔点的高温条件，使原料熔化为熔体，且蓝宝石晶体的生长过程较长，工艺控制系统复杂，因此，如何降低蓝宝石晶体生长炉的能耗，从而有效降低蓝宝石晶体生长成本，已成为蓝宝石工业化生产中广受关注的技术难点和重点之一。
实用新型内容
为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种节能蓝宝石晶体炉，包括底板，在所述底板上方设有炉筒，在所述炉筒的上方设置炉盖，在所述炉筒内设有坩埚，所述坩埚外周设置加热器，所述坩埚底部设置坩埚支柱组件，所述加热器四周分别设置上隔热屏、中隔热屏、侧隔热屏、以及下隔热屏。
优选的，所述炉筒、炉盖或底板外侧的任一部件或全部带有水冷夹套。
优选的，坩埚支柱组件包括空心圆管形坩埚支柱和多层支柱热屏组件；所述多层支柱热屏组件直径略小于所述的空心圆管形坩埚支柱的空心直径。
优选的，多层支柱热屏组件的每层热屏之间用连接件相连，坩埚支柱下段的空心直径小于多层支柱热屏组件直径。
优选的，多层支柱热屏组件采用钼材制造。
优选的，底板之上与下隔热屏之间设置底部隔热组件。
优选的，底部隔热组件采用钼材制造，包括有钼圆板、钼支架及坩埚支柱支架，所述钼支架采用圆环形。
优选的，钼圆板、钼支架及坩埚支柱支架的空隙处填充氧化锆隔热材料。
优选的，坩埚支柱组件、坩埚或加热器的至少一种采用钨材制造；侧隔热屏、上隔热屏、中隔热屏、下隔热屏的至少一种采用钼材制造。
优选的，晶体炉设有籽晶杆，所述籽晶杆穿过炉盖及上隔热屏并进入加热器内部，所述籽晶杆外部与传动机构相连接，所述籽晶杆采用钼材制造。
优选的，所述炉筒与真空装置连接并在使用时实现真空的工业气氛要求。
优选的，所述炉筒、炉盖、底板的材质通常均为不锈钢。
本实用新型还提供了一种节能蓝宝石晶体炉，能够高效降低蓝宝石晶体生长过程的总能耗，在保证热场稳定性和蓝宝石晶体质量的同时，显著降低蓝宝石晶体的生产成本。
附图说明
图1是本实用新型节能蓝宝石晶体炉的示意图。
图2是本实用新型节能蓝宝石晶体炉的底部隔热组件示意图。
图1中：1带水冷夹套的不锈钢底板；2底部隔热组件；3坩埚支柱组件；4坩埚；5侧隔热屏；6带水冷夹套的不锈钢炉筒；7籽晶杆；8带水冷夹套的不锈钢炉盖；9上隔热屏；10中隔热屏；11加热器；12多层支柱热屏组件；13下隔热屏；14氧化锆隔热材料；15坩埚支柱下段。
图2中：2-1钼圆板；2-2环形钼支架；2-3坩埚支柱支架。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本实用新型并能予以实施，但所举实施例不作为对本实用新型的限定。
如图1所示，本实用新型节能蓝宝石晶体炉包括为带水冷夹套的不锈钢底板1、底部隔热组件2、坩埚支柱组件3、坩埚4、侧隔热屏5、带水冷夹套的不锈钢炉筒6、籽晶杆7、带水冷夹套的不锈钢炉盖8、上隔热屏9、中隔热屏10、加热器11、多层支柱热屏组件12、下隔热屏13、氧化锆隔热材料14；其中，带水冷夹套的不锈钢底板1上安装底部隔热组件2，底部隔热组件2内部填充氧化锆隔热材料14，坩埚4安装在坩埚支柱3上方，坩埚支柱组件3为空心圆柱，内侧安装多层支柱热屏组件12。
如图2所示，本实用新型底部隔热组件2，包括钼圆板2-1、环形钼支架2-2、及坩埚支柱支架2-3；所述钼圆板、环形钼支架及坩埚支柱支架的空隙处填充氧化锆隔热材料14。
本实用新型节能蓝宝石晶体炉应用于高于2000℃高温工况下，为降低高温对本实用新型的高温使用稳定性和使用寿命的影响，本实用新型的坩埚支柱组件3、坩埚4和加热器11优选采用钨材制造；底部隔热组件2、侧隔热屏5、籽晶杆7、上隔热屏9、中隔热屏10、多层支柱热屏组件12和下隔热屏13、优选采用钼材制造。
本实用新型实施例的工作过程是：坩埚4内盛装高纯氧化铝原料，在真空气氛下将加热器11功率升高至原料全部熔化为熔体，降下籽晶杆7并调节加热器11的功率，使蓝宝石晶体沿籽晶下端生长。
上隔热屏9、中隔热屏10、侧隔热屏5和下隔热屏13为热辐射黑度较小的钼材，通过多层热反射，减小坩埚4、加热器11和蓝宝石晶体对外的热辐射损失。坩埚支柱组件3为导热率较高的金属钨，其空心部分及其中安装的多层支柱热屏组件12可减低坩埚支柱3的导热损失。
底部隔热组件2中的环形支架可在减小钼导热损失的同时，对侧隔热屏和其它部件起到稳定的承托作用，其空隙处填充的氧化锆隔热材料14可大幅降低侧隔热屏和坩埚支柱组件对热的传导损失，达到节能降耗的效果。
以上所述实施例仅是为充分说明本实用新型而所举的较佳的实施例，本实用新型的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本实用新型基础上所作的等同替代或变换，均在本实用新型的保护范围之内。本实用新型的保护范围以权利要求书为准。
Claims (15)
1.一种节能蓝宝石晶体炉，包括底板，在所述底板上方设有炉筒，在所述炉筒的上方设置炉盖，在所述炉筒内设有坩埚，所述坩埚外周设置加热器，所述坩埚底部设置坩埚支柱组件，所述加热器四周分别设置上隔热屏、中隔热屏、侧隔热屏、以及下隔热屏，在所述炉筒内设置籽晶杆，所述籽晶杆穿过所述炉盖及上隔热屏并进入所述加热器内部。
2.根据权利要求1所述的节能蓝宝石晶体炉，其特征在于，所述炉筒、炉盖或底板外侧的任一部件设有带有水冷夹套。
3.根据权利要求1所述的节能蓝宝石晶体炉，其特征在于，所述坩埚支柱组件包括空心圆管形坩埚支柱和多层支柱热屏组件；所述多层支柱热屏组件直径略小于所述的空心圆管形坩埚支柱的空心直径。
4.根据权利要求3所述的节能蓝宝石晶体炉，其特征在于，所述多层支柱热屏组件的每层热屏之间用连接件相连，坩埚支柱下段的空心直径小于所述多层支柱热屏组件直径。
5.据权利要求3所述的节能蓝宝石晶体炉，其特征在于，所述多层支柱热屏组件采用钼材制造。
6.根据权利要求1所述的节能蓝宝石晶体炉，其特征在于，在所述底板之上与下隔热屏之间设置底部隔热组件。
7.根据权利要求6所述的节能蓝宝石晶体炉，其特征在于，所述底部隔热组件采用钼材制造，包括有钼圆板、钼支架及坩埚支柱支架。
8.根据权利要求7所述的节能蓝宝石晶体炉，其特征在于，所述钼支架采用圆环形。
9.根据权利要求7所述的节能蓝宝石晶体炉，其特征在于，所述钼圆板、钼支架及坩埚支柱支架的空隙处填充氧化锆隔热材料。
10.根据权利要求1所述的节能蓝宝石晶体炉，其特征在于所述坩埚支柱组件、坩埚或加热器的至少一种采用钨材制造。
11.根据权利要求1所述的节能蓝宝石晶体炉，其特征在于所述侧隔热屏、上隔热屏、中隔热屏、下隔热屏的至少一种采用钼材制造。
12.根据权利要求1所述的节能蓝宝石晶体炉，其特征在于所述炉筒、炉盖、底板的材质均为不锈钢。
13.根据权利要求1所述的节能蓝宝石晶体炉，其特征在于所述炉筒与真空装置连接。
14.根据权利要求1所述的节能蓝宝石晶体炉，其特征在于所述籽晶杆外部与传动机构相连接。
15.根据权利要求1所述的节能蓝宝石晶体炉，其特征在于所述籽晶杆采用钼材制造。
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