CN103374753A

CN103374753A - 一种大尺寸蓝宝石晶体生长炉

Info

Publication number: CN103374753A
Application number: CN2012101154968A
Authority: CN
Inventors: 李荣华
Original assignee: WUJIANG YITAI PV EQUIPMENT CO Ltd
Current assignee: WUJIANG YITAI PV EQUIPMENT CO Ltd
Priority date: 2012-04-19
Filing date: 2012-04-19
Publication date: 2013-10-30

Abstract

本发明涉及一种大尺寸蓝宝石晶体生长炉，籽晶安装室设置于加热筒体上方，抽真空组件连通加热筒体，加热筒体内腔为密封腔体，升降电机设置于支架上方，升降直线导轨设置于升降电机下方的支架内并与升降电机通过联轴器连接，升降电机旋转带动升降直线导轨内滑块升降，旋转电机固定座设置于升降直线导轨上并与升降直线导轨内的滑块连接，旋转电机安装在旋转电机固定座上，籽晶安装杆连接旋转电机；上炉盖和下炉盖分别设置于双层水冷桶体上下两端形成密封的腔体，坩埚设置于腔体内，加热系统设置于坩埚外侧，籽晶安装杆伸入加热筒体坩埚内。本装置实现了自动控制操作，提高了引晶的效率并且也增强了引晶的效果，能够生产出来大尺寸蓝宝石晶体。

Description

一种大尺寸蓝宝石晶体生长炉

技术领域

本发明涉及一种蓝宝石晶体生长设备，特别是涉及一种大尺寸的蓝宝石晶体生长炉。

背景技术

蓝宝石是制造节能光源LED等的主要衬底材料，随着世界各国市场的不断扩大，目前蓝宝石市场呈现供不应求的状态。由于目前的能源危机的到来，世界各国都在寻找节约能源和产生能源的方法。

在现有技术中，目前还只有能生产出20KG级的蓝宝石晶体生长设备，对于大尺寸级别的蓝宝石晶体，还无法进行生产。而现在普遍所使用的设备产能低下，蓝宝石的制造成本高较高，已无法满足目前市场的需求，所以制造大尺寸的蓝宝石晶体生长炉是现在迫切的需求。

发明内容

本发明就是为了解决上述问题，克服现有技术中无法生产大尺寸蓝宝石晶体的问题，本发明提供一种大尺寸蓝宝石晶体生长炉以满足需求。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种大尺寸蓝宝石晶体生长炉，包括籽晶安装室、加热筒体和抽真空组件，所述籽晶安装室设置于加热筒体的上方，所述抽真空组件连通加热筒体，所述加热筒体内腔为密封腔体，其特征在于，所述籽晶安装室包括支架、升降电机、升降直线导轨、旋转电机固定座、旋转电机和籽晶安装杆，所述升降电机设置于支架上方，升降直线导轨设置于升降电机下方的支架内并与升降电机通过联轴器连接，升降电机旋转带动升降直线导轨内的滑块升降，旋转电机固定座设置于升降直线导轨上并与升降直线导轨内的滑块连接，旋转电机安装在旋转电机固定座上，籽晶安装杆连接旋转电机，所述加热筒体包括双层水冷桶体、上炉盖、下炉盖、坩埚和加热系统，所述上炉盖和下炉盖分别设置于双层水冷桶体的上下两端形成密封的腔体，所述坩埚设置于腔体内，所述加热系统设置于坩埚的外侧，所述籽晶安装杆伸入加热筒体的坩埚内。

上述一种大尺寸蓝宝石晶体生长炉，其特征在于，所述旋转电机固定座下方还设置有主动轮、被动轮、称重器、轴承、称重器固定座和籽晶连接杆，所述旋转电机连接主动轮、主动轮通过外缘的连接杆连接被动轮的外缘，被动轮的中心位置向下连接籽晶连接杆，籽晶连接杆连接籽晶安装杆，所述籽晶连接杆上还套设有轴承，轴承下方的籽晶连接杆上套设有称重器固定座，所述称重器的上端顶住轴承，称重器的下端设置于称重器固定座上。

上述一种大尺寸蓝宝石晶体生长炉，其特征在于，所述加热筒体的双层水冷桶体包括双层钢板和法兰，双层钢板的两端通过法兰焊接而成。

上述一种大尺寸蓝宝石晶体生长炉，其特征在于，所述加热系统包括上部加热电极、中部加热电极和下部加热电极，所述上部加热电极、中部加热电极和下部加热电极均连接有用于覆盖在坩埚外侧给坩埚加热的加热棒，所述上部加热电极的加热棒设置于坩埚侧壁的上方外侧，所述中部加热电极的加热棒设置于坩埚侧壁的下方外侧，所述下部加热电极的加热棒设置于坩埚底部的外侧。

上述一种大尺寸蓝宝石晶体生长炉，其特征在于，所述加热筒体内的坩埚外侧覆盖有隔热屏，所述隔热屏还覆盖在加热棒外，所述隔热屏包括覆盖在坩埚的上下两端外侧的上隔热屏和下隔热屏，还包括覆盖在坩埚侧壁外的中隔热屏，上隔热屏、下隔热屏设置于中隔热屏的上下两端组成一个密闭空间。

上述一种大尺寸蓝宝石晶体生长炉，其特征在于，所述上炉盖与上隔热屏之间还设置有上冷却铜板，上冷却铜板上还设置有复数条用于通过冷却水的上冷却铜管，所述下炉盖与下隔热屏之间还设置有下冷却铜板，下冷却铜板上还设置有复数条用于通过冷却水的下冷却铜管。

上述一种大尺寸蓝宝石晶体生长炉，其特征在于，所述抽真空组件包括用于对炉体抽高真空的扩散泵和对炉体用于粗抽真空的旋片泵，所述扩散泵与加热筒体之间通过连接弯管连通，所述旋片泵通过第一管道与连接弯管连接，所述扩散泵还通过第二管道连接第一管道，所述扩散泵与连接弯管的连接处设置有插板阀，所述旋片泵与第一管道的连接处设置有压差阀，所述第一管道与连接弯管的连接处设置有粗抽阀，所述第二管道上设置有旁路阀，所述第二管道连接在压差阀与粗抽阀之间的第一管道上。

上述一种大尺寸蓝宝石晶体生长炉，其特征在于，所述加热筒体的下方还设置有坩埚升降支架，所述坩埚升降支架包括连接在下炉盖底部的下炉盖升降座、直线轴、直线轴承、丝杆和电机，所述下炉盖升降座通过直线轴承连接在直线轴上，直线轴的上端连接在下炉盖的底部，直线轴的下端设置在地面上，所述丝杆的下端连接设置在地面上的电机，丝杆的上端连接下炉盖。

上述一种大尺寸蓝宝石晶体生长炉，其特征在于，所述加热筒体上设置有连通加热筒体的腔体内部的用于观察坩埚情况的观察口。

上述一种大尺寸蓝宝石晶体生长炉，其特征在于，所述抽真空组件和加热筒体都设置有冷却水道和感温报警器。

本发明的有益效果是：本装置实现了自动控制操作，提高了引晶的效率并且也增强了引晶的效果，能够生产出来大尺寸蓝宝石晶体，同时本装置还加入了坩埚升降系统，方便上料。

附图说明

图1是本发明的示意图；

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

参看图1，一种大尺寸蓝宝石晶体生长炉，包括籽晶安装室100、加热筒体200和抽真空组件300，籽晶安装室100设置于加热筒体200的上方，抽真空组件300连通加热筒体200，加热筒体200内腔为密封腔体，抽真空组件300对加热筒体200内进行抽真空，加热筒体200对原料进行加热，然后籽晶安装室100的的籽晶安装杆160安装着籽晶进行引晶。

籽晶安装室100包括支架110、升降电机120、升降直线导轨130、旋转电机固定座140、旋转电机150和籽晶安装杆160，升降电机120设置于支架110上方，升降直线导轨130设置于升降电机120下方的支架110内并与升降电机120通过联轴器连接，升降电机120旋转带动升降直线导轨130内的滑块升降，旋转电机固定座140设置于升降直线导轨130上并与升降直线导轨130内的滑块连接，所以当升降电机120旋转的时候会带动旋转电机固定座140沿升降直线导轨130上下升降，旋转电机150安装在旋转电机固定座140上，籽晶安装杆160连接旋转电机150，当旋转电机150旋转的时候，籽晶安装杆160在旋转电机150的带动下旋转。

旋转电机固定座140下方还设置有主动轮141、被动轮142、称重器143、轴承144、称重器固定座145和籽晶连接杆146，旋转电机150连接主动轮141、主动轮141通过外缘的连接杆连接被动轮142的外缘，被动轮142的中心位置向下连接籽晶连接杆146，籽晶连接杆146连接籽晶安装杆160，旋转电机150带动主动轮141旋转，主动轮141带动被动轮142旋转，被动轮142带动中心位置的籽晶连接杆146旋转，籽晶连接杆146带动籽晶安装杆160旋转；籽晶连接杆146上还套设有轴承144，轴承144下方的籽晶连接杆146上套设有称重器固定座145，称重器143的上端顶住轴承144，称重器143的下端设置于称重器固定座145上，由于轴承144是固定套设在籽晶连接杆146上的，所以当籽晶安装杆160上有晶体产生时，会产生一定向下的压力，而这个压力传送到籽晶连接杆上146，籽晶连接杆146带动轴承144向下压，而称重器143则是通过这个向下的压力来测算出籽晶安装杆160上的晶体重量的，所以这样的设计使得当籽晶安装杆160在引晶的时候，承重器143能够测量出晶体的重量。

加热筒体200包括双层水冷桶体210、上炉盖220、下炉盖230、坩埚240和加热系统250，上炉盖220和下炉盖230分别设置于双层水冷桶体210的上下两端形成密封的腔体260，并且在抽真空组件300的作用下腔体260内为真空状态，坩埚240设置于腔体260内，加热系统250设置于坩埚240的外侧对坩埚进行加热，籽晶安装杆160伸入加热筒体200的坩埚240内进行引晶。

加热筒体200的双层水冷桶体210包括双层钢板211和法兰212，双层钢板211的两端通过法兰212焊接而成，在双层钢板211之间的腔体内有冷却水流过对双层水冷桶体210进行水冷。

加热系统250包括上部加热电极251、中部加热电极252和下部加热电极253，上部加热电极251、中部加热电极252和下部加热电极253均连接有用于覆盖在坩埚240外侧给坩埚240加热的加热棒254，上部加热电极251的加热棒254设置于坩埚240侧壁的上方外侧，中部加热电极252的加热棒254设置于坩埚240侧壁的下方外侧，下部加热电极253的加热棒254设置于坩埚240底部的外侧，这样的设计使得能对坩埚240进行全方位的加热，使得受热均匀。加热系统250采用三台独立的变压器通过大电流低电压的方式进行加热，加热功率分别为80KW、80KW和40KW，加热总加热功率为200KW。三台变压器的输出功率分别通过三套独立的可控硅来实现独立控制，并有精确的PID调节和自整定功能，可实现温度控制精度在0.1度。为了达到外界电场的供电不稳定因素，影响控温精度，该设备设置了一套供电稳压控制系统，保证了温度控制的稳定性。

加热筒体200内的坩埚240外侧覆盖有隔热屏270，隔热屏270还覆盖在加热棒254外，使得热量不会流失，隔热屏270包括覆盖在坩埚240的上下两端外侧的上隔热屏271和下隔热屏272，还包括覆盖在坩埚240侧壁外的中隔热屏273，上隔热屏271、下隔热屏272设置于中隔热屏273的上下两端组成一个密闭空间。隔热屏270的结构为：最内层采用两层钨隔热屏，中间采用五层钼隔热屏，最为三层采用耐高温不锈钢组成，隔热屏的厚度为0.5mm，每层之间的间距为7mm。上隔热屏271的中间设计为可拆卸式，由于在长晶过程中污染物较多，这样以方便清洗。

上炉盖220与上隔热屏271之间还设置有上冷却铜板281，上冷却铜板281上还设置有复数条用于通过冷却水的上冷却铜管282，上冷却铜板281和上冷却铜管282的作用在于一方面起到冷却上炉盖220的作用，另一方面可通过控制上冷却铜管282内的水流量和进水的温度来实现控制热场的上下梯度温度，有利于引晶时的温度的控制；下炉盖230与下隔热屏272之间还设置有下冷却铜板283，下冷却铜板283上还设置有复数条用于通过冷却水的下冷却铜管284，下冷却铜板283主要起到安装坩埚支撑平台的作用，还可实现将坩埚240摆放在炉床上所产生的热量传递至下冷却铜管284，下冷却铜管284接将热量带走，以防止下炉盖230发烫而产生损坏胶圈的现象，致使胶圈漏气。

抽真空组件300包括用于对炉体抽高真空的扩散泵310和对炉体用于粗抽真空的旋片泵320，扩散泵310与加热筒体200之间通过连接弯管330连通，旋片泵320通过第一管道340与连接弯管330连接，扩散泵310还通过第二管道350连接第一管道340，扩散泵310与连接弯管330的连接处设置有插板阀360，旋片泵320与第一管道340的连接处设置有压差阀370，第一管道340与连接弯管330的连接处设置有粗抽阀380，第二管道350上设置有旁路阀390，第二管道350连接在压差阀370与粗抽阀380之间的第一管道340上。在抽真空组件300工作的时候，旋片泵320对加热筒体200内进行粗抽真空，扩散泵310再对加热筒体200内进行抽高真空，使得抽真空效果更好。

由于坩埚240内是放置原材料的，所以原材料的上料问题是现有技术中一个需要解决的问题，过去由于没有这方面的设计，上料很不方便。本发明的加热筒体200的下方还设置有坩埚升降支架400，坩埚升降支架400包括连接在下炉盖230底部的下炉盖升降座410、直线轴420、直线轴承430、丝杆和电机(图中未视)，下炉盖升降座410通过直线轴承430连接在直线轴420上，直线轴420的上端连接在下炉盖230的底部，直线轴420的下端设置在地面上，下炉盖230可以通过下炉盖升降座410连接直线轴承430沿着直线轴420上下升降，而升降的动力则来源于丝杆和电机，丝杆的下端连接设置在地面上的电机，丝杆的上端连接下炉盖230，当电机旋转带动丝杆旋转的时候，丝杆带动下炉盖230上下升降，在需要上料的时候，将下炉盖230下降到最底部，然后坩埚240随着下炉盖230的下降而下降到最底部，然后对坩埚240内进行上料，上料完毕后再将下炉盖230上升到最高点，从而将坩埚240送回加热筒体200内。

加热筒体200上设置有连通加热筒体200的腔体260内部的用于观察坩埚情况的观察口290，在工作的时候能够通过观察口290观察到坩埚240内的晶体生长的情况。

抽真空组件300和加热筒体200都设置有冷却水道和感温报警器，通过冷却水道来对抽真空组件300和加热筒体200来进行水冷降温，感温报警器用于感知抽真空组件300和加热筒体200的温度，当温度超过设定的温度后，感温报警器会自动进行报警，提高了安全性能。

本装置实现了自动控制操作，提高了引晶的效率并且也增强了引晶的效果，能够生产出来大尺寸蓝宝石晶体，同时本装置还加入了坩埚升降系统，方便上料。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims

1.一种大尺寸蓝宝石晶体生长炉，包括籽晶安装室、加热筒体和抽真空组件，所述籽晶安装室设置于加热筒体的上方，所述抽真空组件连通加热筒体，所述加热筒体内腔为密封腔体，其特征在于，所述籽晶安装室包括支架、升降电机、升降直线导轨、旋转电机固定座、旋转电机和籽晶安装杆，所述升降电机设置于支架上方，升降直线导轨设置于升降电机下方的支架内并与升降电机通过联轴器连接，升降电机旋转带动升降直线导轨内的滑块升降，旋转电机固定座设置于升降直线导轨上并与升降直线导轨内的滑块连接，旋转电机安装在旋转电机固定座上，籽晶安装杆连接旋转电机，所述加热筒体包括双层水冷桶体、上炉盖、下炉盖、坩埚和加热系统，所述上炉盖和下炉盖分别设置于双层水冷桶体的上下两端形成密封的腔体，所述坩埚设置于腔体内，所述加热系统设置于坩埚的外侧，所述籽晶安装杆伸入加热筒体的坩埚内。

2.根据权利要求1所述一种大尺寸蓝宝石晶体生长炉，其特征在于，所述旋转电机固定座下方还设置有主动轮、被动轮、称重器、轴承、称重器固定座和籽晶连接杆，所述旋转电机连接主动轮、主动轮通过外缘的连接杆连接被动轮的外缘，被动轮的中心位置向下连接籽晶连接杆，籽晶连接杆连接籽晶安装杆，所述籽晶连接杆上还套设有轴承，轴承下方的籽晶连接杆上套设有称重器固定座，所述称重器的上端顶住轴承，称重器的下端设置于称重器固定座上。

3.根据权利要求1所述一种大尺寸蓝宝石晶体生长炉，其特征在于，所述加热筒体的双层水冷桶体包括双层钢板和法兰，双层钢板的两端通过法兰焊接而成。

4.根据权利要求3所述一种大尺寸蓝宝石晶体生长炉，其特征在于，所述加热系统包括上部加热电极、中部加热电极和下部加热电极，所述上部加热电极、中部加热电极和下部加热电极均连接有用于覆盖在坩埚外侧给坩埚加热的加热棒，所述上部加热电极的加热棒设置于坩埚侧壁的上方外侧，所述中部加热电极的加热棒设置于坩埚侧壁的下方外侧，所述下部加热电极的加热棒设置于坩埚底部的外侧。

5.根据权利要求4所述一种大尺寸蓝宝石晶体生长炉，其特征在于，所述加热筒体内的坩埚外侧覆盖有隔热屏，所述隔热屏还覆盖在加热棒外，所述隔热屏包括覆盖在坩埚的上下两端外侧的上隔热屏和下隔热屏，还包括覆盖在坩埚侧壁外的中隔热屏，上隔热屏、下隔热屏设置于中隔热屏的上下两端组成一个密闭空间。

6.根据权利要求5所述一种大尺寸蓝宝石晶体生长炉，其特征在于，所述上炉盖与上隔热屏之间还设置有上冷却铜板，上冷却铜板上还设置有复数条用于通过冷却水的上冷却铜管，所述下炉盖与下隔热屏之间还设置有下冷却铜板，下冷却铜板上还设置有复数条用于通过冷却水的下冷却铜管。

7.根据权利要求1所述一种大尺寸蓝宝石晶体生长炉，其特征在于，所述抽真空组件包括用于对炉体抽高真空的扩散泵和对炉体用于粗抽真空的旋片泵，所述扩散泵与加热筒体之间通过连接弯管连通，所述旋片泵通过第一管道与连接弯管连接，所述扩散泵还通过第二管道连接第一管道，所述扩散泵与连接弯管的连接处设置有插板阀，所述旋片泵与第一管道的连接处设置有压差阀，所述第一管道与连接弯管的连接处设置有粗抽阀，所述第二管道上设置有旁路阀，所述第二管道连接在压差阀与粗抽阀之间的第一管道上。

8.根据权利要求1所述一种大尺寸蓝宝石晶体生长炉，其特征在于，所述加热筒体的下方还设置有坩埚升降支架，所述坩埚升降支架包括连接在下炉盖底部的下炉盖升降座、直线轴、直线轴承、丝杆和电机，所述下炉盖升降座通过直线轴承连接在直线轴上，直线轴的上端连接在下炉盖的底部，直线轴的下端设置在地面上，所述丝杆的下端连接设置在地面上的电机，丝杆的上端连接下炉盖。

9.根据权利要求1所述一种大尺寸蓝宝石晶体生长炉，其特征在于，所述加热筒体上设置有连通加热筒体的腔体内部的用于观察坩埚情况的观察口。

10.根据权利要求1所述一种大尺寸蓝宝石晶体生长炉，其特征在于，所述抽真空组件和加热筒体都设置有冷却水道和感温报警器。