CN103205803B - 在蓝宝石单晶炉中应用的氧化锆保温结构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种在蓝宝石单晶炉中应用的氧化锆保温结构，该氧化锆保温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圆环组接而成，每层圆环由多瓣氧化锆纤维砖环瓣拼接而成，氧化锆纤维砖环瓣由氧化锆纤维烧结制得的氧化锆纤维砖制成。本发明解决了传统泡生法单晶炉中使用的多层钼桶结构在使用过程中温场控制困难，高温环境下钼桶容易变形等问题，更加易于调节温场并建立合理温度梯度。
Description
（一）技术领域
本发明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桶结构。
（二）背景技术
蓝宝石单晶具有优良的光学、机械、化学和电性能，被广泛用在很多特殊领域，尤其鉴于其优异的综合性能使之成为目前综合性能最好的GaN基蓝白光LED半导体衬底材料。蓝宝石单晶的制备技术包括焰熔法、提拉法、泡生法、坩埚下降法、导模法、热交换法等，其中泡生法已经过产业化证明是最适合生长大尺寸高品质蓝宝石单晶的方法。
生长出高品质蓝宝石单晶的前提条件是必须有合理的温场设计，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。温场受加热系统、保温系统及冷却系统综合因素的影响。加强低温区的保温,控制温度梯度和高温区的过热温度,对保证晶体不开裂,生长界面稳定与熔体不局部成核结晶极为重要。保温系统设计合理，既可以有效存储热量，保证生长单晶所需的温度梯度，又可以将多余热量及时散出，使温度调整更加容易。
（三）发明内容
本发明的目的在于提供一种以解决传统泡生法单晶炉中使用的多层钼桶结构在使用过程中温场控制困难，高温环境下钼桶容易变形等问题，更加易于调节温场并建立合理温度梯度的在蓝宝石单晶炉中应用的氧化锆保温结构。
本发明的目的是这样实现的：该氧化锆保温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圆环组接而成，每层圆环由多瓣氧化锆纤维砖环瓣拼接而成，氧化锆纤维砖环瓣由氧化锆纤维烧结制得的氧化锆纤维砖制成。
本发明还有这样一些特征：
1、所述的氧化锆保温结构由2~5层，直径为400~1000mm的氧化锆保温桶组成。
2、所述的氧化锆保温桶相邻间距为10~50mm。
3、所述的氧化锆保温桶高度方向上由2~10层氧化锆纤维砖环瓣拼接的圆环组接而成。
4、所述的氧化锆保温桶内每层圆环高度为100~500mm，由2~8瓣氧化锆纤维砖环瓣拼接而成。
5、所述的氧化锆纤维砖环瓣厚度为15~40mm。
6、所述的氧化锆保温桶中相邻氧化锆纤维砖环瓣间设置有相配合的用于固定的定位凹槽与定位突起。
7、所述的定位突起直径为氧化锆纤维砖环瓣厚度的1/3~1/2。
本发明采用氧化锆材料制成的保温结构替代传统泡生法蓝宝石生长炉中使用的多层钼桶结构，采用该氧化锆保温结构可避免传统钼保温桶的变形失效问题，并且具有温度调节容易、有利于形成均匀稳定的温场、使用寿命长及耗电量小的优点。本发明的有益效果有：
1.氧化锆具有使用温度高（最高使用温度可达2200℃）、导热系数小、抗氧化等一系列优良特性，是一种高性能的隔热材料，在保温隔热应用领域占有重要地位。
2.本发明采用氧化锆纤维砖制成的保温桶，可避免传统钼隔热屏由于加热、冷却过程中产生的较大热胀冷缩而引起变形，进而带来失效的问题。
3.本发明中采用的氧化锆纤维砖具有耐高温、抗氧化的优点，可以有效的延长隔热屏的使用寿命。
4.由于氧化锆纤维砖导热系数小，可有效保持炉内温度，保温效果好。
5.采用多层氧化锆保温桶结构，即可利用材料本身优异的保温特性，又可以避免单层氧化锆保温桶导热过慢的问题，延续保温桶的调温敏感性。
6.采用氧化锆纤维砖做保温桶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。
7.由于氧化锆保温桶优异的隔热保温特性，热量流失少，进而减少了生长所需用电量，较传统钼桶保温结构节能10~20%。
本发明是在前期授权专利号ZL200920100239.0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，提供的一种更加易于调节温场并建立合理温度梯度的蓝宝石单晶炉（单晶生长炉）的保温桶结构。
（四）附图说明
图1为本发明结构侧视图；
图2-图4为本发明氧化锆保温桶中圆环结构图。
（五）具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明。
结合图1-4，本实施例是3层氧化锆保温桶结构，由内向外保温桶外径依次为D1、D2和D3，D1、D2和D3分别为500mm、550mm、600mm。本发明图1中显示氧化锆保温桶高度为H，由四个氧化锆纤维砖环瓣拼接的高度为h的圆环组成，h为100mm。图2-4为氧化锆保温桶拼接圆环的结构图，氧化锆纤维砖环瓣厚度T为20mm，由图可见圆环内相邻的两个氧化锆纤维砖环瓣之间及每个氧化锆砖上下连接处均有相配合的半径为R1和R2的定位突起和定位凹槽，R2稍大于R1，定位突起直径R1为氧化锆纤维砖环瓣厚度的1/3。
Claims (1)
1.一种在蓝宝石单晶炉中应用的氧化锆保温结构，其特征在于该氧化锆保温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圆环组接而成，每层圆环由多瓣氧化锆纤维砖环瓣拼接而成，氧化锆纤维砖环瓣由氧化锆纤维烧结制得的氧化锆纤维砖制成；所述的氧化锆保温结构由2层，直径为400~1000mm的氧化锆保温桶组成；所述的氧化锆保温桶相邻间距为10~50mm；所述的氧化锆保温桶高度方向上由2或10层氧化锆纤维砖环瓣拼接的圆环组接而成；所述的氧化锆保温桶内每层圆环高度为100~500mm，由2~8瓣氧化锆纤维砖环瓣拼接而成；所述的氧化锆纤维砖环瓣厚度为40mm；所述的氧化锆保温桶中相邻氧化锆纤维砖环瓣间设置有定位突起，定位突起直径为氧化锆纤维砖环瓣厚度的1/3~1/2。
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