CN101323985B - 一种大尺寸高熔点晶体生长用的筒形隔热屏 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种大尺寸高熔点晶体生长用的筒形隔热屏。它包括一组金属薄板，金属薄板采用钨钼合金材料，隔热屏与坩埚同轴心，并与坩埚设置有间隔，隔热屏底部没有密封，与坩埚一起放在钨钼合金支架上，每层金属薄板由四片金属薄片组成，每个金属薄片弯曲成四分之一的筒柱，四片金属薄片组成一个筒柱层，包括九个筒柱层，在筒柱层之间设置有间隔层，间隔层由折叠层组成，最内两层筒柱层之间没有设置间隔层，两层紧密连接。本发明提供了一种工艺简单、致密效果良好、材料使用性能优异的蓝宝石单晶隔热屏的设计，以提高隔热屏稳定强度，降低隔热屏的整体导热效果，可以减少隔热屏的更换率，用来提高发热体所提供热能的利用效率并有效保护炉体。

Description

一种大尺寸高熔点晶体生长用的筒形隔热屏
(一)技术领域
本发明涉及一种高温隔热屏，具体涉及一种大尺寸高熔点晶体生长用筒形隔热屏。
(二)背景技术
以蓝宝石单晶生长为例，其生长温度约为2050℃，所以对隔热屏材料的要求比较苛刻，需具有较高的机械和热负载能力。除此而外，高品质高熔点晶体生长要求在相对纯净的环境下进行，国内提拉法和导膜法生长高熔点晶体时为降低成本，通常采用石墨炭毡作隔热屏，并通氩气保护。在此生长过程中炭会挥发并进入晶体内部，虽然随后的退火工艺可以有效消除炭杂质，但其所留下的原子缺位却无法消除，从而影响晶体质量。
(三)发明内容
本发明的目的在于提供一种工艺简单、致密效果良好、材料使用性能优异的蓝宝石单晶隔热屏的设计，以提高隔热屏稳定强度，降低隔热屏的整体导热效果，提高隔热屏的使用寿命，减少隔热屏的更换率，用来提高发热体所提供热能的利用效率并有效保护炉体的大尺寸高熔点晶体生长用的筒形隔热屏。
本发明的目的是这样实现的：它包括一组金属薄板，金属薄板采用钨钼合金材料，隔热屏与坩埚同轴心，并与坩埚设置有间隔，隔热屏底部没有密封，与坩埚一起放在钨钼合金支架上，每层金属薄板由四片金属薄片组成，每个金属薄片弯曲成四分之一的筒柱，四片金属薄片组成一个筒柱层，包括九个筒柱层，在筒柱层之间设置有间隔层，间隔层由折叠层组成，最内两层筒柱层之间没有设置间隔层，两层紧密连接。
本发明还有这样一些技术特征：
1、所述的折叠层由折叠弯曲的金属薄片组成，折叠弯曲的波纹形状为矩形；
2、所述的九个筒柱层同轴心且最内层至外直径递增布置，金属薄板层与层之间间隔为1～5mm；
3、所述的金属薄板厚度不均，最靠近坩埚的两层金属薄板较厚，每层厚度为2mm，其余各层远离金属坩埚的金属薄板较薄，厚度为1mm；
4、所述的每层金属薄板筒柱层之间设置有5～7mm的间隔；
5、所述的隔热屏被放置在一个金属套内，金属套采用一种耐热铁基合金，其底部边缘采用耐热铁基合金制成，并与金属套采用焊接形式连接；
6、所述的外层四分之一的筒柱层中心轴线与内层两金属薄板连接缝相重合；
7、所述的最内层隔热屏第一层薄板在拼接时四片薄板间留有2～5mm的间隙；
8、所述的每片金属薄板连接的两边各设置一个眼，通过铆钉将其连接在一起，垂直方向上铆钉等间距设置。
本发明是一种用于给高温坩埚隔热的钨钼金属薄板最内层隔热屏，这种隔热屏采用熔沸点较高的钨钼金属材料，在高温和高真空下钨和钼金属板表面的氧化物及其与蓝宝石单晶生长工艺中高温挥发的氧形成的氧化物会快速挥发，致使钨和钼表面对热辐射有很好的反射效果，使单晶生长炉发热体和坩埚辐射到钨钼金属薄板隔热屏上的大部分热量反射回去，因而有很好的隔热效果。
以蓝宝石单晶生长为例，其生长温度约为2050℃，所以对隔热屏材料的要求比较苛刻，需具有较高的机械和热负载能力。本发明的隔热屏金属薄板选用钨钼材料，耐高温、硬度大是钨、钼的特长。在各种金属中，钨是最难熔化和挥发的金属，它的熔点高达3380℃，沸点达5927℃；钼的熔点也很高，也达2600℃。由于钨钼金属合金多金属层良好的侧向传导性，热量可以沿金属薄片传递到周围环境中，较好地起到隔热的作用。
除此而外，高品质高熔点晶体生长要求在相对纯净的环境下进行，国内提拉法和导膜法生长高熔点晶体时为降低成本，通常采用石墨炭毡作隔热屏，并通氩气保护。在此生长过程中炭会挥发并进入晶体内部，虽然随后的退火工艺可以有效消除炭杂质，但其所留下的原子缺位却无法消除，从而影响晶体质量。
国内虽有采用钨钼薄板作为隔热屏来生长高熔点晶体的技术，但其内隔热屏中薄板未采用预留空间的搭接技术处理，在经过数次工艺后，隔热屏发生严重变形，影响热辐射的均匀性，进而改变坩埚温度场的对称性，使生长的晶体内应力很大甚至破裂。本发明所涉及的隔热屏可在提高发热体发热量的使用效率的同时大幅降低隔热屏的变形量。
(四)附图说明
图1为本发明隔热屏俯视图；
图2为本发明隔热屏侧视图。
(五)具体实施方式
下面结合附图和具体实施了对本发明作进一步的我说明：
结合图1-图2，本实施例中金属薄板采用钨钼合金材料，共有九个筒柱层1以及筒柱层之间的七个折叠层2组成。隔热屏与坩埚同轴心，最靠近坩埚的两层金属薄板较厚，每层厚度为2mm，其余各层远离金属坩埚的金属薄板较薄，厚度为1mm，并与坩埚间隔一定的距离。隔热屏底部没有密封，与坩埚一起放在钨钼合金支架上。每层金属薄板由四片薄片组成，每个薄片弯曲成四分之一的筒柱，四片金属薄板组成一个筒环。这种隔热屏采用熔沸点较高的钨钼金属材料，在高温和高真空下钨和钼金属板表面的氧化物及其与蓝宝石单晶生长工艺中高温挥发的氧形成的氧化物会快速挥发，致使钨和钼表面对热辐射有很好的反射效果，使单晶生长炉发热体和坩埚辐射到钨钼金属薄板隔热屏上的大部分热量反射回去，因而有很好的隔热效果；最内层隔热屏外布置直径不断变大而且同心的钨钼金属材料隔热屏7～9层，每层隔热屏同心筒要留有5～7mm的间隙。隔热屏被放置在一个金属套内，金属套的可将隔热屏放置在里面；金属套采用一种耐热铁基合金，其底部边缘采也用耐热铁基合金；金属套与其采用焊接形式连接；所述的钨钼金属薄板隔热屏之间填有折叠层，折叠层波纹形状为矩形；最内两层隔热屏由8片基本等大的薄板拼接，每四片拼成一个筒柱，两层紧密连接，第一层薄板在拼接时四片薄板间留有2～5mm的间隙，且8片的薄板采用钼丝铆接，保持紧密；隔热屏于各层之间通过铆钉缩紧固定在一起，具有很好的稳定性，并可防止各层之间的分离。
金属薄板采用钨钼合金材料，共有九个筒柱层和筒柱层之间的七个折叠层组成。隔热屏与坩埚同轴心，并与坩埚间隔一定的距离。隔热屏底部没有密封，与坩埚一起放在钨钼合金支架上。每层金属薄板由四片金属薄片组成，每个金属薄片弯曲成四分之一的筒柱，四片金属薄板组成一个筒环。在每片金属薄板连接的两边各打一个眼，通过铆钉将其连接在一起，垂直方向上铆钉的间隔90mm，将四片金属薄板连接在一起共计用铆钉72个。各层之间通过铆钉缩紧固定在一起，具有很好的稳定性，并可防止各层之间的分离。外层四分之一的筒柱中心轴线与内层两金属薄板连接缝相重合。金属薄板厚度不均，最靠近坩埚的两层金属薄板较厚，每层厚度为2mm，其余各层远离金属坩埚的金属薄板较薄，厚度为1mm。层与层金属薄板之间间隔为1～5mm，填充折叠弯曲的金属薄片，这样可以较好地利用空间，而最内两层之间没有设置间隔层。隔热屏中每层隔热屏同心筒要留有5～7mm的间隙，隔热屏被放置在一个金属套内，金属套的可将隔热屏放置在里面；金属套采用一种耐热铁基合金；金属套其底部边缘采用耐热铁基合金制成，并与金属套采用焊接形式连接；
本实施例的隔热屏的最佳实施例以及其具体的应用领域是由这样的隔热方式表示的。图1为典型隔热屏俯视图。图2为典型隔热屏侧视图。图中所示尺寸为具体实施的具体实例参数。其中D1＝520mm，D2＝360mm，H＝1000mm，A1＝15mm。本发明除可用于冷心放肩微量提拉法生长蓝宝石坩埚热防护外，还可用于泡生法，提拉法等常用生长蓝宝石的高温坩埚热防护。

Claims (7)

1.一种大尺寸高熔点晶体生长用的筒形隔热屏，它包括一组金属薄片，其特征在于金属薄片采用钨钼合金材料，隔热屏与坩埚同轴心，并与坩埚设置有间隔，隔热屏底部没有密封，与坩埚一起放在钨钼合金支架上，每层金属薄片由四片金属薄片组成，每个金属薄片弯曲成四分之一的筒柱，四片金属薄片组成一个筒柱层，共九个筒柱层，在筒柱层之间设置有间隔层，间隔层由折叠层组成，最内两层筒柱层，即第一层和第二层之间没有设置间隔层，两层紧密连接。
2.根据权利要求1所述的一种大尺寸高熔点晶体生长用的筒形隔热屏，其特征在于所述的折叠层由折叠弯曲的金属薄片组成，折叠弯曲的波纹形状为矩形。
3.根据权利要求1所述的一种大尺寸高熔点晶体生长用的筒形隔热屏，其特征在于所述的九个筒柱层同轴心且最内层至外直径递增布置，第三层至第九层金属薄片层与层之间间隔为1～5mm。
4.根据权利要求1所述的一种大尺寸高熔点晶体生长用的筒形隔热屏，其特征在于所述的金属薄片厚度不一，最靠近坩埚的两层，即第一层和第二层，金属薄片，每层厚度为2mm，其余各层即第三层至第九层，金属薄片厚度为1mm。
5.根据权利要求1所述的一种大尺寸高熔点晶体生长用的筒形隔热屏，其特征在于所述的隔热屏被放置在一个金属套内，金属套采用一种耐热铁基合金，其底部边缘采用耐热铁基合金制成，并与金属套采用焊接形式连接。
6.根据权利要求1所述的一种大尺寸高熔点晶体生长用的筒形隔热屏，其特征在于所述的第一层筒柱层在拼接时四片薄片间留有2～5mm的间隙。
7.根据权利要求1所述的一种大尺寸高熔点晶体生长用的筒形隔热屏，其特征在于所述的每一个筒柱层的金属薄片连接处的两边各设置一个眼，通过铆钉将其连接在一起，垂直方向上铆钉等间距设置。
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