CN105189833A - 使用用于石墨热区的部件的锅炉 - Google Patents

Abstract

一种用于生长蓝宝石晶体的锅炉，其中，所述锅炉包括：锅炉壳体；热区，该热区包括均容置在该锅炉壳体中的隔离件和加热器；坩锅，该坩锅位于热区内并且该坩锅具有开口。坩锅盖覆盖该坩锅的开口，并且坩锅盖具有从该坩锅盖延伸的第一管道，或者，坩锅封围件至少环绕坩锅的侧壁和顶部，并且该坩锅封围件至少不可渗透碳，以防止包含在该坩锅内的熔化物受到碳的污染。

Description

使用用于石墨热区的部件的锅炉

技术领域

本发明总体上涉及晶体生长锅炉和热区，并且更具体地涉及提供一种在锅炉的热区和坩锅之间形成的屏障，该屏障不可渗透石墨/碳或所有其它不期望的成分和/或组分，以防止在晶体生长过程中蓝宝石晶体受到污染。

背景技术

热区是用于各种应用的高温锅炉的部分，所述应用包括诸如蓝宝石、硅和其它类似材料的晶体的生长。在晶体生长过程中，热区通常包括至少一个加热元件和环绕该加热元件的至少一个隔离元件。位于坩锅中的装料在热区内熔化，并且然后逐渐地允许在锅炉中冷却，由此形成所期望的晶体。

热区的隔离元件通常由石墨(或其它含碳材料)和/或一个或多个难熔金属形成。另外，为了它们的降低的成本，加热元件也可以由石墨制成。与难熔金属热区相比，石墨热区是相对便宜的，而且也提供优良的隔热效果，但是一个较大的问题是在晶体生长过程中坩锅内所包含的熔化物会受到污染。更具体地，例如独立于石墨加热元件和/或石墨隔离元件而作为微粒或气态物质的碳原子或其它分子等任何污染物可能与熔化物相互作用，并且在晶体生长过程中引起晶体内的一个或多个缺点或缺陷。此类缺点或缺陷由此导致锅炉不良的性能或导致长大的晶体的某部分不令人满意，因为晶体的此类缺陷部分不能用于进一步加工并且一般必须丢弃。

考虑到以上背景技术，需要一种系统和方法，该系统和方法防止任何的碳或不期望的成分和/或组分到达石墨加热区以及锅炉的其它部分，并且防止在晶体生长过程中任何的碳或不期望的成分和/或组分与熔化物相互作用或污染熔化物。

发明内容

由此，本发明的目的是克服与现有技术相关联的上述缺陷和缺点。

本发明的一个目的是提供一种用于生长晶体并且特别地用于生长蓝宝石晶体的改进的锅炉。该锅炉包括：锅炉壳体；热区，该热区包括隔离件和至少一个加热器；坩锅，该坩锅位于该热区内；以及坩锅盖，该坩锅盖位于该坩锅开口处并至少部分地覆盖该坩锅开口。该坩锅盖包括第一管道，该第一管道从该坩锅盖向上竖直延伸并且提供通达坩锅的内室的入口。该坩锅盖和第一管道辅助将包含在坩锅内的熔化物与锅炉的其余部分进一步分开和/或隔开。

本发明的另一目的是提供一种用于生长蓝宝石晶体的锅炉。该锅炉包括：锅炉壳体；热区，该热区包括隔离件和至少一个加热器；坩锅，该坩锅位于该热区内；以及坩锅封围件，该坩锅封围件环绕该坩锅的外壁的至少一部分和/或顶部开口，以用于防止碳或不期望的成分和/或组分进入锅炉的石墨热区和其它部分，防止在晶体生长过程中污染包含在坩锅内的熔化物并防止与所述熔化物相互作用。

本发明的又一目的是提供一种包含在坩锅内的熔化物和石墨热区之间的不可渗透的屏障，以防止在晶体生长过程中对熔化物的任何不期望的污染，并且由此最小化在晶体生长过程中晶体内产生任何缺陷的可能性。

本发明的再一目的是，用诸如氩气或氦气等所期望的(惰性)气体对坩锅的内室进行略微加压，并且缓慢地将所供应的所期望的(惰性)气体的一部分放出或排出到锅炉的其余区域，以最小化来自热区的诸如分子、原子或微小颗粒或组分等任何污染物从该热区流入坩锅的内室。

本发明的又一目的是，完全地封围或包围坩锅以及包含在坩锅中同时位于锅炉中的熔化物，以防止在晶体生长过程中任何碳或其它不期望的原子、分子和/或杂质经由坩锅的顶部开口或者经由坩锅的外表面迁移以及最终迁移到包含在坩锅内的熔化物并且污染所述熔化物。

本发明的又一目的是，将坩锅和熔化物与锅炉的例如热区、隔离件等其余部分完全地或者至少充分地分开或以其它方式隔离或隔开，同时在晶体生长过程中仍旧允许高温计引入到坩锅的内室中并且监控晶体。

本发明的再一目的是将坩锅的整个外表面用不可渗透碳和/或其它不期望的组分的材料完全加衬、涂敷或镀覆，以在晶体生长过程中防止碳和/或其它不期望的组分流动或迁移通过坩锅壁并进入包含在坩锅内的熔化物。

本发明也涉及一种用于生长蓝宝石晶体的锅炉，该锅炉包括：锅炉壳体；热区，该热区包括均容置在该锅炉壳体内的隔离件和至少一个加热器；坩锅，该坩锅位于该热区内并且该坩锅具有开口；以及坩锅盖，该坩锅盖在该坩锅的开口处覆盖并且该坩锅盖具有从该坩锅盖延伸的第一管道。

本发明也涉及一种用于生长蓝宝石晶体的锅炉，该锅炉包括：锅炉壳体；热区，该热区包括均容置在该锅炉壳体内的隔离件和至少一个加热器；坩锅，该坩锅位于该热区内并且该坩锅具有开口；以及坩锅封围件，该坩锅封围件环绕该坩锅的外壁的至少一部分，其中该坩锅封围件至少不可渗透碳。

本发明还涉及一种用于在锅炉中生长蓝宝石的方法，该锅炉包括：锅炉壳体；热区，该热区包括均容置在该锅炉壳体内的隔离件和至少一个加热器；坩锅，该坩锅位于该热区内并且该坩锅具有开口；以及坩锅封围件或坩锅盖中的至少一个，该坩锅封围件至少不可渗透碳、至少覆盖该坩锅的开口和该坩锅的侧壁的至少一部分，该坩锅盖在该坩锅的开口处覆盖并且第一管道从该坩锅盖延伸，该方法包括以下步骤：藉由坩锅封围件和坩锅盖中的至少一个以及第一管道形成屏障，该屏障位于包含在该坩锅内的熔化物和该锅炉的热区之间以在锅炉中生长蓝宝石晶体时防止包含在该坩锅内的熔化物受到碳的污染。

附图说明

包含在本说明书中并组成说明书的一部分的附图示出本发明的各实施例，并且与以上给出的对本发明的总体描述和以下给出的对附图的详细描述一起用于解释本发明的原理。应当理解的是附图不必按比例绘制，因为强调的是说明本发明的原理。现将参照附图以示例的方式描述本发明，附图中：

图1是根据本发明的第一实施例的锅炉的示意性剖视图；

图2是根据本发明的第二实施例的锅炉的示意性剖视图；

图3是根据本发明的第三实施例的锅炉的示意性剖视图；

图4是根据本发明的第四实施例的锅炉的示意性剖视图；

图5是根据本发明的第五实施例的锅炉的示意性剖视图；

图6是根据本发明的第六实施例的锅炉的示意性剖视图；

图6A是与图6类似的锅炉的示意性剖视图，其示出了由相对薄的衬料、涂料或材料层形成的坩锅封围件；

图7是根据本发明的第七实施例的锅炉的示意性剖视图；以及

图8是根据本发明的第八实施例的锅炉的示意性剖视图。

具体实施方式

本发明涉及通过熔融蓝宝石的定向凝固而实现的晶体生长，如在共同未决的申请、美国专利申请系列第12/588,656号和第12/909,471号中所描述的方法，这些参考文献的每个的全部内容通过引用的方式纳入本文。

通过参照以下具体描述来理解本发明，以下具体描述应当结合附图来阅读。应当理解的是，涉及实施本发明的各个实施例的以下具体描述是仅通过实例实现的，并且并不意在以任何方式限制本发明的范围。

现在参照图1，该系统总体上包括用于生长蓝宝石晶体的锅炉100，并且该锅炉100包括外锅炉壳体103。加热器107以常规方式与常规的隔离件105一起容纳在锅炉100中，并且该加热器107和隔离件105一起形成通常所谓的“热区”，因此不提供涉及该热区的进一步详细说明。隔离件105总体上包括平面顶部屏蔽隔离件106、圆筒侧屏蔽隔离侧104以及通常为平面的底部屏蔽隔离件108，各个隔离件一起为锅炉的顶部、侧部和底部隔热。顶部屏蔽隔离件106通常包括中心定位的孔123，该孔123用于允许诸如探针杆或高温计等所需仪器121从中穿过并且进入锅炉内部，并进入坩锅109的内室110，以检测所需的参数，所述参数诸如是温度、晶体生长速度等。坩锅109通常位于锅炉的热区内并且由该热区容纳。该坩锅109的内室110通常填充有所需的耔晶材料115以及所需的源材料(在该图中未详细示出)。在该晶体开始生长之前，所有源材料以及耔晶材料115的一部分(例如包含在坩锅的内室110内的耔晶材料115的仅顶部而不是底部)必须熔化，使得就在晶体生长之前，坩锅同时包含蓝宝石熔化物113和一些固体耔晶115。

可调整的冷却杆116的顶端携载圆盘形支承部(例如直径大约为40mm)。坩锅109的中心底部具有配合凹部或凹腔，该配合凹部或凹腔便于由可调整的冷却杆的圆盘形支承部来可释放地支承坩锅109。该圆盘形支承部定尺寸成捕获地接收在坩锅109的圆形凹部或凹腔中，并且便于固定但是可释放地保持坩锅109，使得该冷却杆可以如在本领域中常用地便于竖直向上或向下传送坩锅109，以在晶体生长过程中控制晶体的生长。冷却流体供应管道(未详细示出)中心地容置在冷却杆116内，以用于直接将冷却流体供应到圆盘形支承部的底表面以便于其冷却。圆盘形支承部又仅便于所支承的耔晶115和坩锅109的中心底部的冷却，以防止耔晶115完全熔化。冷却流体通过沿冷却流体供应管道的外表面和冷却杆116的内表面竖直向下流动，而被远离圆盘形支承部传送。

仪器孔123提供通达该坩锅的内室110的入口。该仪器孔123示出为位于锅炉100的中心部分，但是应当理解的是，仪器孔123可以位于任何其它所期望的位置处。坩锅109的顶部开口通常由坩锅盖117覆盖或密封，该坩锅盖117将坩锅109的内室110与锅炉100的内部隔间98的其余部分隔开和/或分开。如图1总体上示出的，坩锅盖117的中心部分具有第一(坩锅盖)管道119，该管道119基本法向于坩锅盖117朝向孔123延伸并且延伸穿过顶部屏蔽隔离件106。

优选地，第一管道119和孔123彼此对齐，以便于诸如探针杆等所需的仪器121穿过顶部屏蔽隔离件106的孔123以及坩锅盖117的第一管道119并进入坩锅109的内室110，以便于通达包含在该坩锅内的熔化物113和/或耔晶115。第一管道119布置并设计成用于物理地屏蔽探针杆121，使之不暴露于包含在锅炉的内部隔间99内的碳化物沉积和其它污染物，并且因此在晶体生长过程中辅助避免晶体受到探针杆121的污染。

第一管道119和坩锅盖117可以由例如难熔金属形成，难熔金属诸如是钨、钼、钽和/或铱或它们的组合。本发明人认为此类难熔金属与富碳材料反应，并且使用用以制造坩锅盖117以及第一管道119的此类材料辅助在晶体生长过程中防止或很大长度上最小化该热区的任何富碳污染物和/或其它组分进入坩锅109的内室110并污染熔化物。

排出口111可以位于沿锅炉100的底部的位置处，以提供出口，该出口用以从锅炉100排出吹扫气体和/或不期望的组分或污染物并且也防止锅炉100加压。泵112与位于沿锅炉100的底部的位置处的排出口111连通，以便于从锅炉100排出所期望的气体/污染物/组分。

参照图2，现在描述本发明的第二实施例。应当理解的是，锅炉100的该构造类似于图1的实施例，除了根据该实施例第一(坩锅盖)管道119从坩锅盖117延伸并且穿过形成在顶部屏蔽隔离件106的孔123。由于该布置，第一管道119穿过孔123，使得诸如探针杆的仪器121可以经由并沿着第一管道119穿行并且与包含在坩锅109的内室110内的熔化物113直接连通或接触，而不与锅炉100的内部隔间99连通或相互作用。也就是说，第一管道119物理上完全屏蔽探针杆121使之不暴露于任何富碳污染物或其它不期望的成分或污染物，且使之不暴露于包含在锅炉100的内部隔间99内的隔离件105和/或加热器107。

优选地，第一管道119由钼、钨、钽和/或铱或它们的组合制成，其在由此与来自隔离件105和/或加热器107的任何碳污染物和/或其它不期望的组分的反应中是特别有用的，并且由此在晶体生长过程之前或之中防止此类碳污染物和/或其它不期望的组分或污染物进入坩锅109的内部隔间110并污染熔化物113。

至少一个吹扫气排出口111可以位于沿锅炉100的侧部或底部的位置，以提供用于从锅炉100排出氧化铝蒸气和/或其它污染物或气体。泵112与吹扫气排出口111连通，以便于从锅炉100排出氧化铝蒸气和/或其它污染物或气体。

参照图3，现在描述本发明的第三实施例。应当理解的是，锅炉100的该构造类似于图2所示的实施例，除了根据该实施例第一(坩锅盖)管道119完全延伸穿过锅炉壳体103并且从锅炉壳体103伸出，并且由此直接与该锅炉100周围的外部环境连通。根据该实施例，惰性气体源S连接到第一管道119的入口以向其提供所期望的惰性吹扫气体(例如氩气、氦气等)。将惰性吹扫气体沿第一管道119的长度传送到坩锅109的内室110中，并且用以产生坩锅109的内室110内的微正压。本发明人已经发现在装料的熔化过程和其它晶体生长过程步骤中的较高锅炉压力(例如在高于10托的压力)会致使坩锅表面的碳污染物减少。

如该附图中总体所示的，将惰性吹扫气体供应到第一管道119的上入口端，并且惰性吹扫气体沿第一第一管道119流入坩锅109的内室110中。吹扫气体通常从坩锅109的内室110经由形成在坩锅109的顶部周界边缘和坩锅盖117的配合面向底部表面之间的一个或多个小间隙或者沿在坩锅盖117和第一管道119的底部第二端之间的接口处形成的一个或多个环形排出口(未示出)退出和/或排出。

通常位于沿锅炉100的底部位置的至少一个吹扫气体排出口111提供锅炉出口，以用于从锅炉100排出吹扫气体并且防止锅炉100加压。吹扫气体排出口111便于产生这样的惰性气体流，即该惰性气体流从惰性气体源S进入坩锅109的内室110、进入锅炉100的内部隔间99中并且最终流出吹扫气体排出口111并进入外部环境。泵112与位于沿锅炉100的底部的位置处的吹扫气体排出口111连通，以便于从锅炉100排出吹扫气体。根据该实施例，第一管道119物理上屏蔽探针杆121，使得当探针121沿第一管道119穿过直接进入坩锅109的内室110时不直接暴露于来自隔离件105和加热器107的任何碳污染物或其它组分。该实施例也具有其它优势：主动地将任何氧化铝蒸气抽吸得远离坩锅109的内室110(通过该坩锅109的内室110中产生的正压)，同时防止生长过程中任何富碳污染物和/或隔离件105和/或加热器107的其它组分或污染物流入、移入和/或进入内室110并与包含在坩锅109内的熔化物113反应。

现在参照图4，现在将描述本发明的第四实施例，应当理解的是，该锅炉的构造类似于图3的实施例，除了坩锅盖包括中心定位的第一管道119和完全环绕该第一管道119的同心外部第二管道120。第一管道119和第二管道120都从形成在顶部屏蔽隔离件106中的孔123延伸到形成在坩锅盖117中的中心开口。虽然第一管道119示出为由第二管道120所封围和环绕，但是应当理解的是，在不偏离本发明的精神和范围的情形下，可以使用这两个导管的可替换构造。

根据该实施例，惰性气体源S通常与第一管道119的第一入口连接和连通，该第一管道119的第一入口从锅炉壳体103的顶部外表面伸出并延伸，使得所期望的吹扫气体(诸如氩气或氦气)可以供应到第一管道119的入口并且允许沿该第一管道流入坩锅109的内室110，并且由此在坩锅109的内室110内建立(惰性)吹扫气体的微正压。第二管道120用作排出流动路径，其便于从坩锅109的内室110排出(惰性)吹扫气体，并且由此确保由熔化物产生的任何氧化铝蒸气被远离坩锅109的内室110地输送和传送并且排出到坩锅109的内室110的外部。

如该图总体上示出的，从坩锅109排出的(惰性)吹扫气体总体上沿在第一管道119的外表面和第二管道120的向内面向的表面之间形成的吹扫气体排出口111竖直向上流动，并且该吹扫气体最终排出以进入位于锅炉100竖直上方的周围环境中。根据该实施例，通常不需要位于该锅炉的下段处的排出口，且通常不需要泵，但如果需要使用或要求使用，也是可以使用的。吹扫气体排出口111便于排出来自锅炉100的(惰性)吹扫气体和任何氧化铝蒸气的排出，并且也防止锅炉100加压。该吹扫气体排出口111使得来自惰性气体源S的惰性气体流流入坩锅109的内室110并且最终经由该吹扫气体排出口111流出并进入外部环境中，也使得来自熔化物113的任何氧化铝蒸气最终经由该吹扫气体排出口111流出并进入外部环境中。

如以上提到的，吹扫气体便于略微增加坩锅109的内室110的压力。另外，该实施例也具有这样的优势：朝远离坩锅109的内室110的方向将氧化铝蒸气主动抽吸到锅炉壳体103外部的位置，同时防止来自隔离件105和/或加热器107的富碳污染物和其它污染物进入具有略较高压的坩锅109的内室110并与包含在坩锅109内的熔化物113反应。

参照图5，现在将描述本发明的又一实施例。本发明的实施例涉及防止来自热区的呈微粒形式或气态形式的碳与坩锅盖117和坩锅109的暴露表面相互作用并且最终从中迁移且污染熔化物113。如在该图中总体上示出的，坩锅封围件135环绕坩锅109的外侧壁的至少大部分并且总体上将坩锅109和锅炉100的内部隔间99的其余部分隔开。如总体上示出的，坩锅封围件135总体上环绕坩锅109的整个外壁或表面并且包括完全覆盖坩锅109的顶部开口的坩锅盖段，以最小化在晶体生长过程中任何碳组分或其它所期望的成分或污染物与包含在坩锅109的内室110内的熔化物113相互作用的可能性。

该坩锅封围件135的坩锅盖段中具有中心定位的开口并且第一管道119基本法向于该坩锅封围件135的竖直最上部朝向形成在顶部屏蔽隔离件106中的孔123进行延伸。第二管道120从形成在顶部屏蔽隔离件106中的该孔123朝向第一管道119的入口部竖直向下延伸。第二管道120同心地环绕第一管道119的入口部。第二管道120、第一管道119和坩锅封围件135便于所需仪器121和坩锅109的内室110之间的连通。根据该实施例，坩锅封围件135、第二管道120和第一管道119作用为屏障/隔区，它们将包含在坩锅109内的熔化物113与形成锅炉100的石墨热区的隔离件105和加热器107隔开，由此使得任何富碳成分或其它不期望的组分更加难以与包含在坩锅109内的熔化物113最终相互作用。第二管道120的竖直最下部接收并且允许相对于第一管道119的竖直最上入口部的相对运动，以允许在晶体生长过程中坩锅109竖直上下运动。

如果需要，可以将惰性气体源S与第一管道119和第二管道120的入口连接，以将惰性气体供应到坩锅109的内室110。可替换地，或者另外，排出口111可以位于锅炉100的下段，而泵112可以联接到该排出口，以便于排出来自的锅炉100的(惰性)吹扫气体以及任何氧化铝蒸气，并且也防止锅炉100的加压。

现在参照图6，现在描述本发明的第六实施例。应当理解的是，该锅炉的该构造类似于图5的实施例。根据该实施例，坩锅封围件135具有与坩锅109的外壁或表面近似成镜像(mirror)或遵循坩锅109的外壁或表面的至少一个轮廓表面。例如，如图6的实施例中所示，坩锅封围件135可以成形以总体上与坩锅109的外形成镜像或基本上与坩锅109的外形一致，并且由此辅助更加完全地封围该坩锅109以及包含在坩锅109中的熔化物13，并且将所述坩锅109与锅炉100的内部隔间99隔开。

可替换地，如图6A中示意性示出的，坩锅109的至少该外表面可以衬有由形成坩锅封围件135的材料制成的相对薄的衬料、涂料或层，此防止在晶体生长过程中，任何碳或其它不期望的原子、分子和/或杂质穿过或移过坩锅封围件135以及坩锅109的该表面，并进入包含在坩锅109内的内室110和/或熔化物113。形成坩锅封围件135的材料制成的相对薄的衬料、涂料或层选自钼、钨、钽和铱。如前述实施例一样，通常坩锅盖117会覆盖坩锅109的开口。

现在参照图7，现在描述本发明的第七实施例。应当理解的是，该锅炉的该构造总体上是图1和图6的实施例的组合。根据该实施例，坩锅封围件135形成为第一坩锅封围部件136和第二坩锅封围部件137，第一坩锅封围部件136和第二坩锅封围部件137当如图所示彼此配合在一起时形成坩锅封围件135，该坩锅封围件135总体上完全环绕、包围和封围该坩锅109。如总体上所示的，第二坩锅封围部件137由控制杆116的顶部支承，而第一坩锅封围部件136总体上包括倒置的圆筒形容器，并且它的周界表面与第二坩锅封围部件137配合并且由第二坩锅封围部件137可释放地支承。另外，根据该实施例，至少一个第一管道119由第一坩锅封围部件138的竖直最上(坩锅盖)段的顶部支承。第一管道119基本法向于第一坩锅封围部件138的竖直最上(坩锅盖)段朝向孔123进行延伸，该孔123延伸穿过该顶部屏蔽隔离件106。优选地，第一管道119和孔123彼此对齐，以便于所需的仪器121穿过顶部屏蔽隔离件106的孔123以及第一管道119并进入坩锅109的内室110，以便于通达包含在该坩锅109内的熔化物113和耔晶115。第一管道119布置并设计成用于物理地屏蔽探针杆121，使之不暴露于包含在锅炉100的内部隔间99内的碳化物沉积和其它污染物，并且因此在晶体生长过程中辅助避免晶体受到污染。

第二管道120同心地环绕第一管道119的入口部。第二管道120的竖直最下部接收并且允许相对于第一管道119的竖直最上入口部的相对运动，以允许在晶体生长过程中坩锅109竖直上下运动。

应当理解的是，该坩锅封围件135或136可以与图1－图4中所示的实施例的任一个结合使用。例如，坩锅封围件135可以与坩锅盖117一起使用，其具有第一管道119和第二管道，第一管道119用于从吹扫气体源S引入吹扫气体并且在坩锅109的内室110内建立正压，而第二管道用于将来自坩锅109的内室110内的任何不期望的蒸气撤出到锅炉壳体103外部的位置。可替换地，或者另外，排出口111可以位于锅炉100的下段，而泵112可以联接到该排出口，以便于排出来自锅炉100的(惰性)吹扫气体以及任何氧化铝蒸气，并且也防止锅炉100的加压。

参照图8，现在描述本发明的第八实施例。应当理解的是，该锅炉100的该构造类似于图4和图5所示的实施例。根据该实施例，坩锅封围件135包括竖直最上坩锅盖段117，该竖直最上坩锅盖段117覆盖坩锅109的开口，坩锅封围件135的竖直最下段环绕坩锅109的外侧壁的至少一部分，以将坩锅109与锅炉100的内部隔间99的其余部分隔开。如总体上示出的，坩锅封围件135总体上环绕坩锅109的整个外壁或表面以及坩锅109的顶部开口，以最小化任何碳组分或其它所需的成分与包含在坩锅109的内室110内的熔化物113相互作用的可能性。

坩锅封围件135的竖直最上坩锅盖段117中具有中心定位的开口，并且第一管道119基本法向于该坩锅盖段117朝向孔123延伸并且至少部分地穿过该孔123。第二管道120也从坩锅封围件135的竖直最上部朝向孔123延伸。然而，第二管道120朝向孔123仅部分地延伸，例如延伸该路径的大约1/3至大约一半左右。第二管道120同心地环绕第一管道119的竖直下部。第一管道119和坩锅封围件135便于仪器121(如果提供)和坩锅109的内室110之间的连通。根据该实施例，坩锅封围件135和第一管道119作用为屏障/隔区，它们将包含在坩锅109内的熔化物113与形成锅炉100的石墨热区的隔离件105和加热器107隔开，由此使得任何富碳成分或其它不期望的组分更加难以与包含在坩锅109内的熔化物113最终相互作用。

惰性气体源S连接到第一管道119的第一入口并且与第一管道119的第一入口连通，使得所需的吹扫气体(例如氩气或氦气)可以供应到第一管道119并且允许沿第一管道119流入坩锅109的内室110中，并且由此在坩锅109的内室110内建立(惰性)吹扫气体的微正压。第二管道120用作排出流动路径，其便于将来自坩锅109的内室110的(惰性)吹扫气体以及由熔化物产生的任何氧化铝蒸气直接排出到锅炉100的内部隔间99中。

如该图总体上示出的，从坩锅109排出的(惰性)吹扫气体和任何氧化铝蒸气朝向至少一个吹扫气体排出口111流动，该吹扫气体排出口111通常位于沿锅炉100的底壁部或侧壁部的位置处。泵112与吹扫气体排出口111连通，以便于来自锅炉100的排出(惰性)吹扫气体和任何氧化铝蒸气，并且也防止锅炉100加压。该吹扫气体排出口111产生这样的流动，即，来自惰性气体源S的(惰性)吹扫气体流入坩锅109的内室110、进入锅炉100的内部隔间99并且最终经由该吹扫气体排出口111流出并进入外部环境中；也形成这样的流动路径，即，由熔化物113产生的任何氧化铝蒸气进入锅炉100的内部隔间99并最终经由该吹扫气体排出口111流出并进入外部环境中。也就是说，该实施例也具有这样的优势：朝远离坩锅109的内室110的方向将氧化铝蒸气主动抽吸到锅炉壳体103外部的位置，同时防止来自隔离件105和/或加热器107的富碳污染物和其它污染物进入坩锅109的内室110并与包含在坩锅109内的熔化物113反应。

通常，常规密封件(未示出)位于锅炉壳体103和延伸或突伸到锅炉100外部的第一管道119或第二管道120的任一部分之间的交界处。此类密封件辅助最小化热量和/或热气从锅炉100逃逸。另外，虽然孔123、第一管道119和第二管道120具有充分近似的公差，但是公差必须足够大以在晶体生长过程中当坩锅在热区内竖直上下运动时允许这些部件之间的相对运动。

应当理解的是，附图中示意性示出的气流型式仅用于说明目的，并且在不偏离本发明的精神和范围的情形下，各种其它气流型式和布置对于本领域普通技术人员是显而易见的。

虽然已经详细地描述了本发明的各个实施例，但是明显的是，这些实施例的各种改型和变体对于本领域普通技术人员是可以实现的且/或是显而易见的。然而，应当明确理解的是，此类改型和变体考虑为落入本发明的精神和范围内，如所附权利要求中阐述的一样。另外，本文所述的发明能实践其它实施例或者能以各种其它相关方式来实施。此外，应理解到文中所用的措辞和术语是出于说明的目的，并且不应视为是限制性的。

在此使用“包括”、“包含”和“具有”及其变型意味着包含了下文所列的物品及其等效物以及附加的物品。

由于上面在不偏离本文所涉及的本发明的精神和范围的情形下描述了某些改变，但是其意为以上所述或附图中所示的主题应当仅解释为示出本文的创造性构思的实例并且不应解释为限制本发明。所有的所示实施例示出了探针杆。应当理解的是，在不需要探针杆的实例中可以简化坩锅的内室与锅炉的其余部分之间的隔离。

Claims (20)

1.一种用于生长蓝宝石晶体的锅炉，所述锅炉包括：

锅炉壳体；

热区，所述热区包括均容置在所述锅炉壳体中的隔离件和至少一个加热器；

坩锅，所述坩锅位于所述热区内并且所述坩锅具有开口；以及

坩锅盖，所述坩锅盖覆盖在所述坩锅的所述开口处并且所述坩锅盖具有从所述坩锅盖延伸的第一管道。

2.如权利要求1所述的锅炉，其特征在于，所述第一管道从所述坩锅盖延伸到位于所述热区的外部或竖直上方的位置处。

3.如权利要求1所述的锅炉，其特征在于，所述第一管道延伸穿过所述锅炉壳体到达位于所述锅炉壳体的外部的位置处。

4.如权利要求3所述的锅炉，其特征在于，外部气体源连接到所述第一管道的入口，以用于将气体经由所述坩锅盖供应到所述坩锅的内室中。

5.如权利要求1所述的锅炉，其特征在于，所述坩锅盖包括第一管道和同心的第二管道，所述第一管道延伸穿过所述锅炉壳体到达位于所述锅炉壳体的外部的位置处，并且外部气体源连接到所述第一管道的入口，以用于将气体供应到所述坩锅。

6.如权利要求1所述的锅炉，其特征在于，所述坩锅盖和第一管道各自包括选自钼、钨、钽和铱中的材料。

7.如权利要求1所述的锅炉，其特征在于，所述锅炉能够在高于10托的压力下工作。

8.如权利要求1所述的锅炉，其特征在于，所述锅炉具有至少一个排出口，所述排出口与泵连通，以排出来自所述锅炉的吹扫气体和所产生的氧化铝蒸气中的至少一种。

9.一种用于生长蓝宝石晶体的锅炉，所述锅炉包括：

锅炉壳体；

热区，所述热区包括均容置在所述锅炉壳体中的隔离件和至少一个加热器；

坩锅，所述坩锅位于所述热区内并且所述坩锅具有开口；以及

坩锅封围件，所述坩锅封围件环绕所述坩锅的外壁的至少一部分，并且所述坩锅封围件至少不可渗透碳。

10.如权利要求9所述的锅炉，其特征在于，所述坩锅封围件由选自钼、钨、钽和铱中的材料形成。

11.如权利要求9所述的锅炉，其特征在于，所述坩锅封围件通过由选自钼、钨、钽和铱中的材料的层涂覆所述坩锅而形成。

12.如权利要求9所述的锅炉，其特征在于，还包括坩锅盖，所述坩锅盖用于覆盖所述坩锅的所述开口并且所述坩锅盖具有从所述坩锅盖竖直延伸的第一管道。

13.如权利要求12所述的锅炉，其特征在于，所述第一管道延伸到位于所述热区的外部的位置处。

14.如权利要求13所述的锅炉，其特征在于，所述第一管道延伸穿过所述锅炉壳体到达位于所述锅炉壳体的外部的位置处。

15.如权利要求14所述的锅炉，其特征在于，外部气体源连接到所述第一管道，以用于将气体供应到所述坩锅。

16.如权利要求12所述的锅炉，其特征在于，所述坩锅盖包括第一管道和第二管道，所述第一管道延伸穿过所述锅炉壳体到达位于所述锅炉壳体的外部的位置处，并且外部气体源连接到所述第一管道的入口，以用于将所需气体供应到所述坩锅。

17.如权利要求9所述的锅炉，其特征在于，所述坩锅封围件具有至少一个轮廓表面，所述轮廓表面遵循所述坩锅的外壁的轮廓。

18.如权利要求9所述的锅炉，其特征在于，所述坩锅封围件至少不可渗透碳，以防止碳穿过所述坩锅封围件并且与包含在所述坩锅内的内室中的熔化物连通。

19.如权利要求9所述的锅炉，其特征在于，所述坩锅盖包括至少一个第一管道，所述第一管道延伸穿过所述锅炉壳体到达位于所述锅炉壳体的外部的位置处，外部气体源连接到所述第一管道的入口，以用于将所需气体供应到所述坩锅的内室，并且所述锅炉壳体具有气体排出口，所述气体排出口便于将气体从锅炉排出，并且便于来自所述外部气体源的所述气体流到所述坩锅的所述内室，进入所述锅炉的内部隔间并经由所述气体排出口流出，以防止所述锅炉的加压。

20.一种用于在锅炉中生长蓝宝石的方法，所述锅炉包括：锅炉壳体；热区，所述热区包括均容置在所述锅炉壳体内的隔离件和至少一个加热器；坩锅，所述坩锅位于所述热区内并且所述坩锅具有开口；以及坩锅封围件或坩锅盖中的至少一个，所述坩锅封围件至少不可渗透碳、至少覆盖所述坩锅的所述开口和所述坩锅的侧壁的至少一部分，所述坩锅盖在所述坩锅的开口处覆盖并且第一导管从所述坩锅盖延伸，所述方法包括以下步骤：

藉由所述坩锅封围件和所述坩锅盖中的至少一个以及所述第一导管形成屏障，所述屏障位于包含在所述坩锅内的熔化物和所述锅炉的热区之间以在所述锅炉中生长所述蓝宝石晶体时防止包含在所述坩锅内的熔化物受到碳的污染。