CN102628183B - 保温结构及高温炉 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种保温结构，其包括：外层；及内层，密封在所述外层内部，由绝热材料制成。上述保温结构系内外层的夹心结构，内层密封在外层内部，通过外层反射热量与内层隔绝热量的特性相结合，从而能很好地实现保温的目的，与单纯的使用外层反射热量的材料相比，可以显著提高其保温效果。另外，还提供了一种使用上述保温结构的高温炉。

Description

保温结构及高温炉

技术领域

本发明涉及高温炉设备技术领域，特别是涉及一种保温结构及高温炉。

背景技术

目前由于耐高温材料有限，同时由于技术和成本的限制，导致许多高温设备的耗电量大、成本高，同时热场还不稳定。而这些都取决于一个非常重要的因素，即保温材料的保温效果。高温材料不仅要满足高温环境的应用，同时还要满足在高温下不会对所制备的材料造成污染的要求。例如当前的蓝宝石晶体生长炉是在高于2000℃以上的高温环境下实现晶体的生长，其保温材料主要是高温区域的钨钼及低温区域的氧化铝空心球或者氧化锆砖，其中距离加热室较近的区域为高温区域，距离加热室较远的区域为低温区域，保温机理主要是在高温区域通过热量在钨钼材料的反射达到降低热量的散失，在低温区域通过氧化铝等填充物来降低热传递减少热量的散失，但氧化铝的导热率较高，同时在高温区域单层的钨钼结构在高温状态下易发生变形，这样的保温结构在生产应用中受到很大的限制，保温效果也达不到要求。而石墨材料相对于氧化铝空心球等氧化物材料而言，其导热率低且能够耐高温，但在高温状态下会有碳原子挥发，污染所生产的产品。

发明内容

基于此，有必要提供一种保温结构，其用于高温炉时具有较佳的保温效果。

一种保温结构，其包括：

外层；及

内层，密封在所述外层内部，由绝热材料制成。

在其中一个实施例中，所述外层可以是钨、钼、钽、铌、钒、铬、钛、锆、钨合金、钼合金、钽合金、铌合金、钒合金、铬合金、钛合金、锆合金，或可以是稀土金属的硼化物、碳化物、氮化物、硅化物或硫化物。

在其中一个实施例中，所述内层可以是氧化铝陶瓷、氧化锆陶瓷、石英陶瓷、氧化铝陶瓷空心球结构或带空隙的夹层结构、氧化锆陶瓷空心球结构或带空隙的夹层结构、石英陶瓷空心球结构或带空隙的夹层结构、碳纤维状材料或碳碳复合材料。

在其中一个实施例中，所述保温结构可应用于800～2500℃的高温炉。

在其中一个实施例中，所述内层系填充或镶嵌于所述外层内部。

此外，还提出一种高温炉，其包括：

炉体，内部设有加热室；及

侧部保温层结构，设置在所述加热室和所述炉体之间；

其中，所述侧部保温层结构包括：

外层；及

内层，密封在所述外层内部，由绝热材料制成。

在其中一个实施例中，所述侧部保温层的外层可以是钨、钼、钽、铌、钒、铬、钛、锆、钨合金、钼合金、钽合金、铌合金、钒合金、铬合金、钛合金、锆合金，或可以是稀土金属的硼化物、碳化物、氮化物、硅化物或硫化物。

在其中一个实施例中，所述侧部保温层的内层可以是氧化铝陶瓷、氧化锆陶瓷、石英陶瓷、氧化铝陶瓷空心球结构或带空隙的夹层结构、氧化锆陶瓷空心球结构或带空隙的夹层结构、石英陶瓷空心球结构或带空隙的夹层结构、碳纤维状材料或碳碳复合材料。

在其中一个实施例中，所述高温炉的环境温度为800～2500℃。

在其中一个实施例中，所述侧部保温层结构的外层为钨筒或钼筒，所述内层为填充在所述钨筒或钼筒内部的一层或多层碳毡。

在其中一个实施例中，所述高温炉包括至少一个所述侧部保温层结构，所述侧部保温层结构沿远离所述加热室的方向依次排列。

上述保温结构和高温炉中，保温结构系内外层的夹心结构，内层密封在外层内部，通过外层反射热量与内层隔绝热量的特性相结合，从而能很好地实现保温的目的，与单纯的使用外层反射热量的材料相比，可以显著提高其保温效果。

进一步地，由于外层为钨、钼等材料，而内层系被密封在外层内部，还可以满足高温炉需要的无碳环境的保温要求，不会对生产的产品造成污染。

附图说明

图1为蓝宝石晶体生长炉的示意图；

图2为图1中圆圈部分的放大图；

图3为图1中圆圈部分的另一种实施例的放大图。

具体实施方式

本实施方式提供了一种保温结构，可应用于温度为800～2500℃的高温炉的保温要求，其包括外层及密封在外层内部的内层，其中外层由耐高温材料制成，内层由耐高温绝热材料制成，内层系通过一定的工艺方法填充或镶嵌于外层内部。

在具体的应用中，外层可以是钨、钼、钽、铌、钒、铬、钛、锆、钨合金、钼合金、钽合金、铌合金、钒合金、铬合金、钛合金、锆合金，或可以是稀土金属的硼化物、碳化物、氮化物、硅化物或硫化物。内层的耐高温绝热材料可以是氧化铝陶瓷、氧化锆陶瓷、石英陶瓷、氧化铝陶瓷空心球结构或带空隙的夹层结构、氧化锆陶瓷空心球结构或带空隙的夹层结构、石英陶瓷空心球结构或带空隙的夹层结构、碳纤维状材料或碳碳复合材料。

使用前述保温结构的高温炉，通常包括炉体，炉体内部设有加热室，前述保温结构系被制成侧部保温层结构并放置在加热室和炉体之间。如此，可通过外层(如钨钼材料)反射热量与内层(如碳毡)的绝热特性相结合很好地实现保温的目的，从而能够满足高温炉的保温要求。同时，由于内层系被密封在外层内部，故还能满足高温炉需要的无碳环境的保温要求。

请参考附图1至2，下面将结合具体的应用实例，说明本实施方式的保温结构的具体构造及采用该保温结构的高温炉的结构。

本实施方式的高温炉100为蓝宝石晶体生长炉，设有炉体110，炉体内设有加热室120，加热室120包括钨棒加热器122及放置于钨棒加热器122内部的钨坩埚124，其中钨坩埚124中装有液体蓝宝石130，用以生长成蓝宝石晶体140。加热室120与炉体110设有保温部分，该保温部分包括位于高温区域的侧部保温层结构150及位于低温区域的低温区保温层结构170，其中距离生长炉加热室120较近的区域为高温区域，距离加热室120较远的区域为低温区域，其中，侧部保温层结构150即采用前述的保温结构制成，低温区保温层结构170可以用多层顺序排列的钼片或钨片构成，侧部保温层结构150位于加热室120和低温区保温层结构170之间。

请参考附图3，进一步地，侧部保温层结构150可以设置一个或多个，沿远离加热室120的方向依次排列。

在具体的应用中，低温区域的低温区保温层结构170也可以用侧部保温层结构150代替，即加热室120的外保温部分全部使用侧部保温层结构150，也即全部使用前述的保温结构。

如此，由于高温区域的侧部保温层结构150采用前述的保温结构制成，故本实施方式的高温炉100中，可通过外层(如钨钼材料)反射热量的特性与内层(如碳毡)的绝热特性相结合，很好地实现保温的目的，从而能够满足高温炉的保温要求。同时，由于外层为钨、钼等材料，而内层系被密封在外层内部，故还能满足高温炉100需要的无碳环境的保温要求，不会对生产的产品造成污染。另外，氧化铝等填充物作为内层，也可以被用在高温区域。

下面为本实施方式的保温结构制成侧部保温层结构150的两个具体实施例。

实施例1

在厚度为10mm钨筒152内部利用一定的工艺制作方法在其内部填充3层2mm厚度的碳毡材料154，即保温结构的外层为钨筒152，内层为3层2mm厚度的碳毡材料154。然后将其安装在蓝宝石晶体生长炉内部作为其侧部保温层结构150，利用装好的蓝宝石晶体生长炉生长蓝宝石晶体140。由于其良好的保温效果降低了晶体在各个阶段的功率，从而降低了蓝宝石炉子的能耗。同时由于蓝宝石炉功率的降低，电压基本恒定不变，从而降低了电流值，根据安培力公式，所以钨棒加热器122内存在的安培力降低很多，这样钨棒加热器122变形就会减小，保证了其热场的对称性，提高了蓝宝石晶体140的生长质量，同时延长了钨棒加热器122的寿命。

实施例2

在厚度为10mm钼筒156内部利用一定的工艺制作方法在其内部填充2层3mm厚度的碳毡材料158，即保温结构的外层为钨筒156，内层为2层3mm厚度的碳毡材料158。然后将其安装在蓝宝石晶体生长炉内部作为其侧部保温层结构150，将装好的蓝宝石晶体生长炉生长蓝宝石晶体140。由于其良好的保温效果降低了晶体在各个阶段的功率，从而降低了蓝宝石炉子的能耗。同时由于蓝宝石炉功率的降低，电压基本恒定不变，从而降低了电流值，同样地根据安培力公式所以钨棒加热器122内存在的安培力降低很多，这样钨棒加热器122变形就会减小，这样保证其热场的对称性，提高了蓝宝石晶体140生长质量，同时延长了钨棒加热器122的寿命。

需要指出，本实施方式的保温结构，采用夹心层结构，所谓耐高温仅是一个相对的概念，不会对本领域技术人员实施构成障碍，例如其不仅能够适用于环境温度为800～2500℃的高温炉的保温要求，当然也可以用在800℃以下及2500℃以上的保温环境中。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (3)

1.一种高温炉，其特征在于，其包括：

炉体，内部设有加热室；及

侧部保温层结构，设置在所述加热室和所述炉体之间；

其中，所述侧部保温层结构包括：

外层；及

内层，密封在所述外层内部，由绝热材料制成；

所述高温炉的环境温度为800～2500℃；所述侧部保温层结构的外层为钨筒或钼筒，所述内层为填充在所述钨筒或钼筒内部的一层或多层碳毡；所述高温炉包括至少一个所述侧部保温层结构，所述侧部保温层结构沿远离所述加热室的方向依次排列。

2.根据权利要求1所述的高温炉，其特征在于，所述侧部保温层的外层可以是钨、钼、钽、铌、钒、铬、钛、锆、钨合金、钼合金、钽合金、铌合金、钒合金、铬合金、钛合金、锆合金，或可以是稀土金属的硼化物、碳化物、氮化物、硅化物或硫化物。

3.根据权利要求1或2所述的高温炉，其特征在于，所述侧部保温层的内层可以是氧化铝陶瓷、氧化锆陶瓷、石英陶瓷或碳碳复合材料。