CN105276980A

CN105276980A - 陶瓷坩埚

Info

Publication number: CN105276980A
Application number: CN201410229719.2A
Authority: CN
Inventors: 张金龙
Original assignee: Co Ltd Of Core Hua Qing (beijing) Nuclear Power Technology Research And Development Centre Of State
Current assignee: Co Ltd Of Core Hua Qing (beijing) Nuclear Power Technology Research And Development Centre Of State
Priority date: 2014-05-28
Filing date: 2014-05-28
Publication date: 2016-01-27
Anticipated expiration: 2034-05-28
Also published as: CN105276980B

Abstract

本发明提供了一种用于容纳形成熔池的熔融物的陶瓷坩埚，包括坩埚内壁、坩埚外壁、坩埚顶壁以及设置在坩埚底部附近的热阻层，壳层用于覆盖热阻层、覆盖在除被热阻层覆盖的坩埚内壁的其余内壁部分上以及用于封闭坩埚开口的壳层，熔融物被壳层包裹。由于半球形坩埚在第一极角区域和第二极角区域的热阻不一致，因而形成均匀厚度的壳层，使熔池的形状与坩埚形状相似，达到半球形。

Description

陶瓷坩埚

技术领域

本发明涉及一种坩埚，具体而言涉及一种陶瓷坩埚。

背景技术

核反应堆在严重事故工况下，堆芯熔融物（堆芯熔熔融物的主要成分为含铀、锆的氧化物混合物）移位至压力容器下封头，并重新混合重组，形成稳定熔池。如能对堆芯熔融物熔池进行有效的冷却，将其滞留在压力容器内，就可避免压力容器失效，从而为限制核反应堆裂变产物向安全壳内大规模释放提供了实体屏障，同时防止了多数可能威胁安全壳完整性的核反应堆堆外现象，进而保证安全壳的完整性。堆芯熔融物熔池直接接触压力容器下封头，压力容器下封头传热热流大小直接关系到熔融物堆内滞留过程的有效性，所以需要对堆芯熔融物熔池的传热现象进行研究。

基于上述原因，需要设计一种陶瓷坩埚，其能够实现具有内热源等壁温的自然对流传热的半球形熔池，以对堆芯熔融物氧化物熔池（主要成分为含铀、锆的氧化物混合物）的传热现象进行研究。为此陶瓷坩埚需要满足：1）耐高温(例如大约1000度)；2）熔池呈半球形；3）可准确测量出半球形熔池在半球形边界上的不同极角处的热流密度值；4）具有比较均匀的坩埚内热源；5）熔池被壳层包裹，壳层的主要组分为熔池组分；以及6）熔池具有等温边界，这是因为壳层组分（熔池组分）的凝固温度为恒定温度。半球形熔池边界上的热流密度分布曲线是研究熔池传热的关键参数，是准确评估堆芯熔融物在压力容器内滞留过程的重要因素，因而需要准确测量出半球形熔池在半球形边界上的不同极角处的热流密度值。

冷坩埚感应加热技术可用于熔化堆芯熔熔融物模拟物。授权公告号CN201983623U（授权公告日2011.09.21）公开了一种具有高悬浮能力的感应熔炼技术的冷坩埚。该冷坩埚采用分瓣结构，为增强悬浮能力坩埚底部区域采用收缩的结构，可以采取球面形状。该冷坩埚在应用于研究芯熔融物熔池传热现象中会产生以下问题：1.未指明可以熔化含铀锆氧化物混合物；2.无法测量出熔池在半球形边界上不同极角处的热流密度；3.坩埚内壁面没有特殊处理，会造成坩埚底部区域的壳层厚度过厚，使熔池形状偏离半球形，而形成半椭球形状。不能解决芯熔融物熔池技术特征1、特征2和特征3。

申请公布号CN102072649A（申请公布日2011.05.25）公开了一种冷坩埚感应加热悬浮炉。该悬浮炉的冷坩埚上部为内锥小于3°的圆柱体，底部为半球体。该冷坩埚在应用于研究芯熔融物熔池传热现象中会产生以下问题：1.未指明可以熔化含铀锆氧化物混合物；2.无法测量出熔池在半球形边界上不同极角处的热流密度；3.因为产生悬浮现象而在底部区域不形成壳层；4.悬浮后熔池的形状近球形，而非半球形。不满能解决芯熔融物熔池技术特征1、特征2、特征3和特征5。

文章《ApplicationofcoldcrucibleformeltingofUO₂/ZrO₂mixture》（期刊《MaterialsScienceandEngineering》A357(2003)297-303）提及了一种冷坩埚结构，用于熔化UO₂/ZrO₂的混合物。该冷坩埚在应用于研究堆芯熔融物熔池传热现象中会产生以下问题：1.无法测量出熔池在半球形边界上不同极角处的热流密度；2.坩埚为圆柱形状不能形成半球形熔池。不满能解决芯熔融物熔池技术特征2和特征3。

现有的冷坩埚结构通常无法解决高热流密度测量和半球形两个熔池技术特征。常规测量热流密度使用热电偶测量温度的方式解决，但是热电偶在感应加热技术中无法使用，因为熔池边界处于电磁场区域，热电偶无法正常工作。即便是铠装热电偶，由于熔池温度高于金属铠材料的居里温度，使金属铠丧失保护性质，热电偶也无法准确采集到接触点的温度，所以无法使用热电偶测量边界上的热流密度。如果使用冷却水的换热量间接测量热流密度，在常规冷坩埚结构上会产生以下问题：常规冷坩埚的冷却流道为竖直方向，而熔池半球形边界的不同极角处在不同水平高度上，竖直冷却方式混淆了各极角的冷却换热量，无法得到不同极角位置上的换热量。如若只把冷却水流道改成水平环绕式，由于冷却流道间缝隙方向不再是平行轴向方式，改成水平方向，即不再平行于磁场方向而变成垂直方向，同时常规冷坩埚为金属材料，造成电磁场无法通过冷却流道的缝隙进入熔池区域，即水平缝隙的金属坩埚对电磁场起到了隔绝作用，也就无法通过电磁场在熔池内部产生涡流，不满足熔池的内热源技术特征。所以如若使用冷却水的换热量测量半球形边界上的热流密度值，不仅需要改变冷却流道的布置方向，还需要改变坩埚材料，使电磁场可以透过坩埚壁进入坩埚内部，进而在熔池内形成涡流，通过涡流产生的焦耳热模拟熔池的内热源技术特征。

为形成半球形熔池，一般将坩埚做成半球形形状，但是却忽略了半球形边界上壳层厚度对熔池形状的影响。由于壳层的导热系数低，同时半球形边界上底部区域的热流密度相对高极角位置处的热流密度小一个数量级，如果半球形坩埚采用一种材料制作，就会出现半球形底部位置壳层厚度很厚，而高极角的位置壳层较薄，进而使熔池形状偏离半球形，形成近似半椭球的形状。

因此，期望提供一种新型的坩埚，其能够形成具有内热源等壁温的自然对流传热的半球形熔池。

发明内容

为解决壳层厚度分布不均匀对熔池形状的影响，需要使得半球形坩埚在第一极角区域和第二极角区域的热阻不一致，进而形成均匀厚度的壳层，使熔池的形状与坩埚形状相似，达到半球形。本发明的发明目的通过以下技术方案得以实现：

本发明的一个实施方式提供了一种陶瓷坩埚，用于容纳熔融物，熔融物形成熔池，陶瓷坩埚包括坩埚内壁、坩埚外壁、用于连接坩埚内壁和坩埚外壁的坩埚顶壁以及设置在坩埚外壁上的感应线圈，其中坩埚顶壁用于形成坩埚开口，感应线圈用于产生大致沿竖直方向穿过坩埚内部熔池的磁场，用于对熔融物加热，其中热阻层设置在坩埚底部附近，大致均匀厚度的壳层包裹熔融物。

根据本发明的上述实施方式提供的陶瓷坩埚，其中多条独立冷却水流道设置在坩埚内壁与坩埚外壁之间，相邻的冷却水流道之间通过间隔片间隔开，多个进水管和出水管设置在坩埚外壁上，每个进水管经过相应的冷却水流道与相应的出水管连通，套管设置在坩埚底部区域，套管包括进水管和出水管，进水管嵌套在出水管内。

根据本发明的上述实施方式提供的陶瓷坩埚，其中壳层覆盖在热阻层上、覆盖在除被热阻层覆盖的坩埚内壁的其余内壁部分上以及用于封闭坩埚开口。

根据本发明的上述实施方式提供的陶瓷坩埚，其中陶瓷坩埚包括顶部区域和主体区域，顶部区域的截面呈柱状，主体区域的截面呈半圆形，主体区域底部与套管连通，主体区域包括相邻设置的第一极角区域和第二极角区域，第一极角区域由与通过陶瓷坩埚中心的竖直方向的两侧分别成第一极角的第一位置半径和第二位置半径限定，第二极角区域由与通过坩埚中心的水平方向分别成第二极角的第一位置半径和第二位置半径限定，其中在通过坩埚中心的竖直方向的一侧第一极角与第二极角的和等于90度，第二极角区域的热流密度大于第一极角区域的热流密度。

根据本发明的上述实施方式提供的陶瓷坩埚，其中坩埚内壁、坩埚外壁以及坩埚顶壁由具有第一导热系数的陶瓷材料制备，热阻层由具有第二导热系数的陶瓷材料制备，第一导热系数大于第二导热系数。

根据本发明的上述实施方式提供的陶瓷坩埚，其中热阻层设置在第一极角区域中，热阻层的厚度从陶瓷坩埚底部区域朝第二极角区域呈阶梯状变化。

根据本发明的上述实施方式提供的陶瓷坩埚，其中热阻层设置在第一极角区域中，热阻层的厚度从陶瓷坩埚底部区域朝第二极角区域逐渐减小。

根据本发明的上述实施方式提供的陶瓷坩埚，其中壳层厚度在10mm-15mm之间。

根据本发明的上述实施方式提供的陶瓷坩埚，其中第一极角为大约40度，第二极角为大约50度。

根据本发明的上述实施方式提供的陶瓷坩埚，其中具有第一导热系数的陶瓷材料为氮化硅，具有第二导热系数的陶瓷材料为氧化锆。

附图说明

下面将结合附图来详细地论述本发明的上述和其他方面，附图中：

图1为根据本发明的一个实施例的陶瓷坩埚的一个剖面图，该剖面穿过陶瓷坩埚的中心且穿过坩埚外壁上的进水管。

图2示出了据本发明的一个实施例的陶瓷坩埚内的半球形熔池在半球边界上的热流密度无量纲分布图。

图3示出了图1所示的根据本发明的一个实施例的陶瓷坩埚的立体图，该立体图能够看到坩埚外壁上的进水管和出水管。

图4示出了在图1所示的根据本发明的一个实施例的陶瓷坩埚的不同壳层厚度下的热阻层分布图。

部件及标号列表

1	坩埚
		1a	坩埚内壁
1b	坩埚外壁
		1c	坩埚顶部区域
1d	坩埚主体区域
		1e	坩埚底部区域
1f	坩埚顶壁
		2	熔融物
2a	壳层
		3	热阻层
4	进水管
		5	出水管
6	冷却水流道
		7	水冷感应线圈
8	金属液态池
		9	间隔片
	低极角
			高极角
X	通过坩埚中心的水平方向
		Y	通过坩埚中心的竖直方向
R1	第一位置半径
		R2	第二位置半径

具体实施方式

图1-图4和以下说明描述了本发明的可选实施方式以教导本领域普通技术人员如何实施和再现本发明。为了教导本发明技术方案，已简化或省略了一些常规方面。本领域普通技术人员应该理解源自这些实施方式的变型或替换将落在本发明的保护范围内。本领域普通技术人员应该理解下述特征能够以各种方式组合以形成本发明的多个变型。由此，本发明并不局限于下述可选实施方式，而仅由权利要求和它们的等同物限定。

在本发明中，坩埚内的熔融物为铀、锆的氧化物混合物，壳层为铀、锆的氧化物混合物。在本发明中，由于坩埚内的熔融物温度高于环境温度，故热量经由半球的水平赤道平面和半球的半球面向外散热。

图1为根据本发明的一个实施例的陶瓷坩埚的一个剖面图，该剖面穿过陶瓷坩埚的中心且穿过坩埚外壁上的进水管。图3示出了图1所示的根据本发明的一个实施例的陶瓷坩埚的立体图，该立体图能够看到坩埚外壁上的进水管和出水管。如图1和图3所示，陶瓷坩埚包括坩埚内壁1a、坩埚外壁1b、用于连接坩埚内壁1a和坩埚外壁1b的坩埚顶壁1f、设置在坩埚内壁1a和坩埚外壁1b之间的多条独立的水平方向设置的环状冷却水流道6、设置在坩埚外壁1b上的多个进水管4和出水管5、设置在坩埚底部区域1e的套管、设置在坩埚底部附近的热阻层3以及覆盖在热阻层3上和覆盖在除被热阻层3覆盖的坩埚内壁1a的其余内壁部分上以及用于封闭坩埚开口（坩埚开口由坩埚顶壁形成）的壳层2a，陶瓷坩埚内部容纳有熔融物2，熔融物2被壳层2a包裹，熔融物2在陶瓷坩埚内形成熔池。相邻的环状冷却水流道6之间通过间隔片9间隔开。

此外，根据本发明的陶瓷坩埚还通过设置在坩埚外壁1b上的多个水平方向设置的环状水冷感应线圈7进行加热。多个水平方向设置的环状水冷感应线圈7缠绕在坩埚外壁1b上。多个水平方向设置的环状水冷感应线圈7产生大致沿竖直方向穿过陶瓷坩埚内的熔池的磁场，用于对熔融物2进行加热。

如图1所示，陶瓷坩埚包括顶部区域1c和主体区域1d，顶部区域1c的截面呈柱状，主体区域1d的截面呈半圆形，主体区域的底部区域1e与套管连通，套管包括进水管4和出水管5，进水管4嵌套在L形出水管5的竖直部分内。主体区域1d包括相邻设置的第一极角区域和第二极角区域，第一极角区域由与通过坩埚中心的竖直方向Y的两侧分别成角的第一位置半径R1和第二位置半径R2限定，第二极角区域由与通过坩埚中心的水平方向X分别成角的第一位置半径R1和第二位置半径R2限定，其中在通过坩埚中心的竖直方向Y的一侧角与角的和等于90度。第二极角区域的热流密度大于第一极角区域的热流密度。

例如，如图1所示，多条独立的水平方向设置的环状冷却水流道6分别设置在第二极角区域和第一极角区域中。例如，如图3所示，每个冷却水流道6的冷却水从其进水管4进入，流经该环状冷却水流道6后从相应的出水管5流出，每个冷却水流道6的对应的进水管4和出水管5相邻间隔设置。例如，如图1所示，设置在坩埚底部的出水管5以L形式与坩埚底部区域1e连通，其中设置在坩埚底部的进水管4嵌套在设置在坩埚底部的出水管5的竖直部分中，以实现坩埚底部区域冷却水的流进和流出。

例如，如图1所示，在本发明的一个实施例中热阻层3设置在第一极角区域中，并且热阻层3的厚度从坩埚底部区域1e朝第二极角区域逐渐变小。可选地，热阻层3的厚度从坩埚底部区域1e朝第二极角区域呈阶梯状变化。

在本发明的陶瓷坩埚的坩埚内壁1a、坩埚外壁1b和陶瓷坩埚顶壁1f由具有第一导热系数的陶瓷材料例如以烧结粘接的方式制成，而热阻层3由具有第二导热系数的陶瓷材料例如以烧结粘接的方式制成，第二导热系数小于第一导热系数。具有第一导热系数的陶瓷材料最多能够承受1000℃的温度，而具有第二导热系数的陶瓷材至少承受2000℃的温度。例如，在一个实施例中，具有第一导热系数的陶瓷材料为氮化硅陶瓷，具有第二导热系数的陶瓷材料为氧化锆。本领域技术人员容易理解的是，其他适合制造陶瓷坩埚内壁和坩埚外壁以及热阻层的材料也将落在本发明的保护范围内。

对于本发明的陶瓷坩埚，可以根据主体区域1d热流密度的分布来选择合理的热阻层3的厚度曲线。例如，图2示出了据本发明的一个实施例的陶瓷坩埚内的半球形熔池在半球边界上的热流密度无量纲分布图。由于导热温差相同（即壳层的固相温度与冷却水温度之差），则相应的导热总热阻的分布就是热流密度倒数的分布。导热总热阻为壳层热阻、热阻层热阻和坩埚内壁热阻（不计接触热阻）的和。由于坩埚内壁的热阻在设计参数下为常数，所以壳层热阻和热阻层热阻之和即呈现出热流密度倒数分布特点。当热阻层热阻（即热阻层厚度）依照此曲线设计时，壳层热阻即为常数，也就得到了均匀一致的壳层厚度。

下面通过以下实例说明在已知坩埚尺寸、坩埚热物性参数、熔池体积、熔池功率密度、熔池的热物性参数、壳层尺寸的情况下，如何根据mini-ACOPO公式获得合理的热阻层热阻（即热阻层厚度）：

步骤1：确定坩埚半径R、熔池体积V、熔池的功率密度Q（Q=熔池从感应线圈获得的总功率W/熔池体积V）、熔池的热物性（热膨胀系数β、热扩散系数α、运动粘度ν和熔池导热系数k_corium）以及当地重力加速度g，由瑞利数定义式可以计算出熔池内部Ra。

步骤2：由计算出的熔池内部Ra通过mini-ACOPO公式计算得出Nu_up，Nu_dn，Nu_dn(θ)。

步骤3：由努赛尔数定义式与能量平衡关系式联立可以解出：熔池传热温差△T、上平均热流密度q_up、向下平均热流密度q_dn以及向下局部热流密度q_dn(θ)，向下局部热流密度q_dn(θ)分布曲线呈现出随极角增大而增大单调递增趋势，将q_dn(θ)除以q_dn无量纲化得出无量纲参数q_dn(θ)/q_dn的分布（如图2所示）。

步骤4：根据q_dn(θ)通过边界导热传热计算公式可以计算得出总导热热阻R_总。

步骤5：由壳层厚度d_壳层（壳层厚度一般为10mm-15mm）和壳层导热系数k_壳层，通过热阻计算公式计算得到壳层导热热阻R_壳层；由坩埚内壁厚度d_坩埚和坩埚陶瓷导热系数k_坩埚，通过热阻计算公式计算得到坩埚导热热阻R_坩埚，结合边界导热传热公式，从由步骤4计算得到的总导热热阻R_总减去坩埚导热热阻R_坩埚和壳层导热热阻R_壳层，即得到热阻层导热热阻R_热阻层。

在步骤1-5中所涉及到的公式如下：

mini-ACOPO公式：

Nu_up=0.345×Ra^0.233

Nu_dn=0.02×Ra^0.3

Nu_dn(θ)/Nu_dn=0.01+1.08×(θ/θ_p)-4.5×(θ/θ_p)²+8.6×(θ/θ_p)³(0.1<(θ/θ_p)<0.6)

Nu_dn(θ)/Nu_dn=0.41+0.35×(θ/θ_p)+(θ/θ_p)²(0.6<(θ/θ_p)<1)

努赛尔数定义式：

Nu_up=(q_up R)/(△Tk_corium)

Nu_dn=(q_dn R)/(△Tk_corium)

Nu_dn(θ)=(q_dn(θ) R)/(△Tk_corium)

瑞利数定义式：

Ra=(g QR⁵)/( νk_corium)

能量平衡关系式：

q_up×S_up+q_dn×S_dn=Q×V

其中：

Up是指半球的水平赤道平面，即图1中X轴所在平面

dn是指半球的半球面

dn(θ)是指半球面上的局部极角θ的位置

q_up为向上平均热流密度

q_dn为向下平均热流密度

q_dn(θ)为向下局部热流密度

θ为局部极角

θ_p为熔池液面极角

Nu_up为向上平均努赛尔数

Nu_dn为向下平均努赛尔数

Nu_dn(θ)为向下局部努赛尔数

R为坩埚半径

△T为熔池传热温差

S_up为向上传热面积

S_dn为向下传热面积

V为熔池体积，即半球体积

g为当地重力加速度

为熔池热膨胀系数

Q为熔池体积功率密度

为熔池热扩散系数

ν为熔池运动粘度

k_corium为熔池导热系数

边界导热传热公式:

q_dn（θ）=△T_导热/R_总

R_总=R_壳层+R_热阻层+R_坩埚

热阻计算公式：

R_壳层=d_壳层/k_壳层

R_热阻层=d_热阻层/k_热阻层

R_坩埚=d_坩埚/k_坩埚

其中△T_导热为导热传热温差

R_总为总导热热阻

R_壳层为壳层导热热阻

R_热阻层为热阻层导热热阻

R_坩埚为坩埚内壁导热热阻

d_壳层为壳层厚度

k_壳层为壳层导热系数

d_热阻层为热阻层厚度

k_热阻层为热阻层导热系数

d_坩埚为坩埚内壁厚度

k_坩埚为坩埚导热系数。

一个坩埚实例的设计参数如下：第一导热系数的陶瓷材料使用氮化硅陶瓷，第二导热系数的陶瓷材料选用氧化锆，坩埚内的熔融物为铀、锆的氧化物混合物，壳层为铀、锆的氧化物混合物，坩埚半径R:125mm，由坩埚半径R可以计算出S_up和S_dn；顶部坩埚顶部区域的高度h例如可以为20mm（顶部区域只是作为熔池的冗余区域，不计入计算分析），熔池体积依照充满半球坩埚计算（不含顶部区域体积），熔池体积V为0.004091m³，坩埚从感应线圈获得的总功率为100kW，则熔池的功率密度Q为2.44×10⁷W/m³，热膨胀系数β为1.05×10^-4/K；热扩散系数α为7.42×10^-7m²/s；运动粘度ν为4.9×10^-7m²/s；当地重力加速度g取值9.8m/s²；熔池导热系数k_corium为3.6W/(mK)；坩埚内壁厚度d_坩埚为5mm，坩埚导热系数k_坩埚为150W/(mK)；坩埚内壁的外壁温度设计为60℃，壳层的内壁温度为熔池的固相温度2538℃，即导热传热温差△T_导热为2478℃;壳层的导热系数k_壳层为1.91W/(m K)，热阻层的导热系数k_热阻层为0.2W/(mK)。计算分析了没有热阻层时壳层厚度，以及当壳层的预期厚度分别为10mm、12mm和15mm情况下，需要设计的热阻层厚度，计算结果见图4。

图4显示当不设计热阻层时，壳层厚度会随极角的增大而降低，最薄厚度约为2mm，而最厚厚度约为100mm。图4同时显示了，为将壳层厚度控制在10-15mm之间，热阻层应该达到的设计厚度。进一步为了简便加工，根据图4的计算结果，提出一种阶梯状热阻层厚度分布，如表1所示。

表1：热阻层依极角厚度分布

极角区域（度数）	热阻层厚度（毫米）	热阻层热阻
			0—4	8	0.01 (m²K)/W
5—11	6	0.0075 (m²K)/W
			12—28	4	0.005 (m²K)/W
29—40	2	0.0025 (m²K)/W
			41—90	0	0

按照表1热阻层的布置，得到了厚度较均匀的壳层。在本发明的一个实施例中，角为大约40度，角为大约50度。本发明的角与角也可以设置成其它角度，而这也将落在本发明的保护范围内。由此可知，可以使用阶梯状的热阻层，即在一定极角范围内热阻层厚度不变。此情况下，壳层的厚度大致均匀一致，壳层厚度在小范围波动（请提供范围），仍可以保持熔池形状近似于半球形。

Claims

1.一种陶瓷坩埚，用于容纳熔融物，熔融物形成熔池，陶瓷坩埚包括坩埚内壁、坩埚外壁、用于连接坩埚内壁和坩埚外壁的坩埚顶壁以及设置在坩埚外壁上的感应线圈，其中坩埚顶壁用于形成坩埚开口，感应线圈用于产生大致沿竖直方向穿过坩埚内部熔池的磁场，用于对熔融物加热，其中热阻层设置在坩埚底部附近，大致均匀厚度的壳层包裹熔融物。

2.根据权利要求1所述的陶瓷坩埚，其特征在于，多条独立冷却水流道设置在坩埚内壁与坩埚外壁之间，相邻的冷却水流道之间通过间隔片间隔开，多个进水管和出水管设置在坩埚外壁上，每个进水管经过相应的冷却水流道与相应的出水管连通，套管设置在坩埚底部区域，套管包括进水管和出水管，进水管嵌套在出水管内。

3.根据权利要求1所述的陶瓷坩埚，其特征在于，壳层覆盖在热阻层上、覆盖在除被热阻层覆盖的坩埚内壁的其余内壁部分上以及用于封闭坩埚开口。

4.根据权利要求1所述的陶瓷坩埚，其特征在于，陶瓷坩埚包括顶部区域和主体区域，顶部区域的截面呈柱状，主体区域的截面呈半圆形，主体区域底部与套管连通，主体区域包括相邻设置的第一极角区域和第二极角区域，第一极角区域由与通过陶瓷坩埚中心的竖直方向的两侧分别成第一极角的第一位置半径和第二位置半径限定，第二极角区域由与通过坩埚中心的水平方向分别成第二极角的第一位置半径和第二位置半径限定，其中在通过坩埚中心的竖直方向的一侧第一极角与第二极角的和等于90度，第二极角区域的热流密度大于第一极角区域的热流密度。

5.根据权利要求1所述的陶瓷坩埚，其特征在于，坩埚内壁、坩埚外壁以及坩埚顶壁由具有第一导热系数的陶瓷材料制备，热阻层由具有第二导热系数的陶瓷材料制备，第一导热系数大于第二导热系数。

6.根据权利要求4所述的陶瓷坩埚，其特征在于，热阻层设置在第一极角区域中，热阻层的厚度从陶瓷坩埚底部区域朝第二极角区域呈阶梯状变化。

7.根据权利要求4所述的陶瓷坩埚，其特征在于，热阻层设置在第一极角区域中，热阻层的厚度从陶瓷坩埚底部区域朝第二极角区域逐渐减小。

8.根据权利要求1所述的陶瓷坩埚，其特征在于，壳层厚度在10mm-15mm之间。

9.根据权利要求4所述的陶瓷坩埚，其特征在于，第一极角为大约40度，第二极角为大约50度。

10.根据权利要求5所述的陶瓷坩埚，其特征在于，具有第一导热系数的陶瓷材料为氮化硅，具有第二导热系数的陶瓷材料为氧化锆。