CN103422162A - 一种生长方形蓝宝石的单晶炉热场结构 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供一种生长方形蓝宝石的单晶炉热场结构，涉及宝石制造领域，用于减少制备过程中晶体上部形成的气泡，并且提高了晶体的利用率。所述生长方形蓝宝石的单晶炉热场结构包括：不锈钢桶，在不锈钢桶内侧设置有侧屏氧化锆砖保温层，在侧屏氧化锆砖保温层内侧设置有内保温桶，在所述内保温桶的内腔中设置有方形钨笼发热体，在方形钨笼发热体的内腔中设置有方形坩埚。本发明实施例提供的生长方形蓝宝石的单晶炉热场结构，可以应用于方形蓝宝石的制备。
Description
技术领域
本发明涉及宝石制造领域，尤其涉及一种生长方形蓝宝石的单晶炉热场结构。
背景技术
蓝宝石晶体(俗称刚玉)具有独特、优良的物理化学性质，特别是在0.2～5.0μm波段内具有良好的透光性，可广泛应用于红外军事装备、卫星和空间技术等领域；并且，由于蓝宝石晶体还具有电介质绝缘、恒定的介电常数等特性，成为应用最广泛的衬底材料之一。
目前，蓝宝石的生长方法主要有提拉法，倒模法，泡生法，热交换法等。其中，泡生法为目前工业生产蓝宝石晶体时最常用的方法，泡生法在扩肩时的晶体直径较大，可生长出100mm以上直径的蓝宝石晶体，对于生长大尺寸、有方向性的蓝宝石晶体拥有更大的优势；泡生法生长系统拥有适合蓝宝石晶体生长的最佳温度梯度。在生长的过程中或结束时，晶体不与坩埚接触，大大减少了其应力，可获得高质量的大晶体，其缺陷密度远低于提拉法生长的晶体。
在实现本发明的过程中，发明人发现存在如下问题：在泡生法制备蓝宝石晶体的热场设备中，均使用圆形坩埚热场，圆形坩埚热场所制备出的晶体呈现梨形，由于泡生法生长蓝宝石晶体最佳方向为A向生长，而晶棒的套取方向通常为C向，即从梨形晶锭圆周上垂直向下套取晶棒，受晶锭外形所限导致晶体利用率低；并且，现有生长梨形晶体的圆形坩埚热场易在晶体上部形成气泡富集区，从而降低晶锭的使用价值，推高长晶成本。
发明内容
本发明的目的是提供生长方形蓝宝石的单晶炉热场结构，减少了晶体上部形成的气泡，并且提高晶体利用率。
本发明实施例一种生长方形蓝宝石的单晶炉热场结构，包括：不锈钢桶，在不锈钢桶内侧设置有侧屏氧化锆砖保温层，在侧屏氧化锆砖保温层内侧设置有内保温桶，在所述内保温桶的内腔中设置有方形钨笼发热体，在方形钨笼发热体的内腔中设置有方形坩埚。
进一步地，所述方形钨笼发热体的横向横截面为四边形。
进一步地，所述方形钨笼发热体的横向横截面为正方形。
进一步地，所述方形坩埚的横向横截面为四边形。
进一步地，所述方形坩埚的横向横截面为正方形。
进一步地，在所述方形钨笼发热体的下方设置有下隔热屏，在下隔热屏底部设置有底部氧化锆砖保温层。
进一步地，所述方形坩埚由底部的坩埚支撑结构支撑；在所述方形坩埚上端设置有坩埚盖，在坩埚盖上放置有上隔热屏。
进一步地，所述坩埚支撑结构包括坩埚托盘和钨支柱，坩埚托盘置于钨支柱之上，坩埚托盘与方形坩埚的底部接触，在坩埚托盘与方形坩埚的接触部分设置氧化锆涂层。
本发明实施例提供的用于生长方形蓝宝石的单晶炉热场结构，具有方形坩埚，以及方形钨笼发热体，其温场分布均匀稳定，制备出的晶体上部气泡群较少。并且，这种方坩埚热场可根据晶体掏棒规格的实际需要设计不同的长、宽、高比例，晶体利用率高。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明实施例提供一种生长方形蓝宝石的单晶炉热场结构示意图。
附图标记说明
1-不锈钢桶 2-侧屏氧化锆砖保温层 3-内保温桶
4-方形钨笼发热体 5-方形坩埚 6-下隔热屏
7-底部氧化锆砖保温层 8-坩埚支撑结构 9-坩埚盖
10-上隔热屏 11-坩埚托盘 12-钨支柱
具体实施方式
为了解决现有技术用于生长方形蓝宝石的单晶炉热场上部气泡集群，晶体利用率低的问题，本发明实施例提供一种生长方形蓝宝石的单晶炉热场结构。
如图1所示，为本发明实施例提供的一种生长方形蓝宝石的单晶炉热场结构，该单晶炉热场结构包括：不锈钢桶1，在不锈钢桶1内侧设置有侧屏氧化锆砖保温层2，在侧屏氧化锆砖保温层2内侧设置有内保温桶3，在所述内保温桶3的内腔中设置有方形钨笼发热体4，在方形钨笼发热体的内腔中设置有方形坩埚5。
本发明实施例提供的用于生长方形蓝宝石的单晶炉热场结构，具有方形坩埚，以及方形钨笼发热体，其温场分布均匀稳定，制备出的晶体上部气泡群较少。并且，这种方坩埚热场可根据晶体掏棒规格的实际需要设计不同的长、宽、高比例，晶体利用率高。
进一步地，所述方形钨笼发热体4的横向横截面为四边形。
在本实施例中，为了其温场分布更加均匀，优选地，所述方形钨笼发热体4的横向横截面为正方形，即四个边的边长相等。
进一步地，所述方形坩埚5的横向横截面为四边形。
在本实施例中，为了其温场分布更加均匀，优选地，所述方形坩埚5的横向横截面为正方形，即四个边的边长相等。
进一步地，如图1所示，在所述方形钨笼发热体4的下方设置有下隔热屏6，在下隔热屏6底部设置有底部氧化锆砖保温层7。
进一步地，所述方形坩埚5由底部的坩埚支撑结构8支撑；在所述方形坩埚5上端设置有坩埚盖9，在坩埚盖9上放置有上隔热屏10。
进一步地，所述坩埚支撑结构8包括坩埚托盘11和钨支柱12，坩埚托盘11置于钨支柱12之上，坩埚托盘11与方形坩埚5的底部接触，在坩埚托盘11与方形坩埚5的接触部分设置有氧化锆涂层。
本发明所提供的单晶炉热场结构可采用以下工艺进行人工蓝宝石晶体的生长，其大致步骤如下(相关数据仅为举例)：
步骤101、升高电压，至方形坩埚内的原料熔化后，调节电压，使方形坩埚内熔体表面对流形态稳定，并使冷心与方形坩埚几何中心位置偏离小于20mm；
步骤102、在引晶工艺过程中，缓慢调节籽晶位置使其逐渐接近熔体液面，同时调节电压，避免籽晶熔融。籽晶在其下端与熔体液面2～10mm处预热10～60min，消除应力。利用传统提拉工艺，配合旋转，旋转速率为0.2～15rpm。根据结晶端部的扩展速率确定每次提拉高度，同时调节温度，控制结晶端部的尺寸，最终结晶端部覆盖冷心并开始放肩；
步骤103、晶体放肩至预定尺寸之后，稍稍升高电压促使放肩完成，其后持续、缓慢降温使得晶体逐渐生长成形，至生长末端时再升高电压以使晶体生长顺利收尾；
步骤104、降低电压直至关闭电源，晶体在单晶炉内逐渐冷却至200-300℃(适合取料)，长晶结束。
制备出方形晶体之后再根据晶锭外形对预设掏棒方案进行调整，以便于最优化地利用方形蓝宝石晶体。
制备方形蓝宝石晶体的技术要点在于合理配置方形晶体的长、宽、高比例，可在生长晶体前预设掏棒方案以提高方形晶体套取2、4、6英寸晶棒的利用率；方坩埚热场的特点在于其可采用正方或一定程度之内的长方作为坩埚平面外形，其方形钨笼加热体以同样的长、宽比包围在方形坩埚外围。因此，本发明实施例提供的用于生长方形蓝宝石的单晶炉热场结构，具有方形坩埚，以及方形钨笼发热体，其温场分布均匀稳定、制备出的晶体上部气泡群较少，晶体利用率高，本发明即为解决上述现有矛盾而提出采用方坩埚热场。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种生长方形蓝宝石的单晶炉热场结构，包括：不锈钢桶，在不锈钢桶内侧设置有侧屏氧化锆砖保温层，在侧屏氧化锆砖保温层内侧设置有内保温桶，其特征在于，在所述内保温桶的内腔中设置有方形钨笼发热体，在方形钨笼发热体的内腔中设置有方形坩埚。
2.根据权利要求1所述的单晶炉热场结构，其特征在于，所述方形钨笼发热体的横向横截面为四边形。
3.根据权利要求2所述的单晶炉热场结构，其特征在于，所述方形钨笼发热体的横向横截面为正方形。
4.根据权利要求1所述的单晶炉热场结构，其特征在于，所述方形坩埚的横向横截面为四边形。
5.根据权利要求4所述的单晶炉热场结构，其特征在于，所述方形坩埚的横向横截面为正方形。
6.根据权利要求1-5任一项所述的单晶炉热场结构，其特征在于，在所述方形钨笼发热体的下方设置有下隔热屏，在下隔热屏底部设置有底部氧化锆砖保温层。
7.根据权利要求6所述的单晶炉热场结构，其特征在于，所述方形坩埚由底部的坩埚支撑结构支撑；在所述方形坩埚上端设置有坩埚盖，在坩埚盖上放置有上隔热屏。
8.根据权利要求7所述的单晶炉热场结构，其特征在于，所述坩埚支撑结构包括坩埚托盘和钨支柱，坩埚托盘置于钨支柱之上，坩埚托盘与方形坩埚的底部接触，在坩埚托盘与方形坩埚的接触部分设置氧化锆涂层。
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