CN106012015B - 一种生长蓝宝石用发热体 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种生长蓝宝石用新型发热体，包括多根钨棒，所述钨棒为L形，多根所述钨棒排列成上部敞口的加热筒，在所述加热筒顶部通过法兰将多根所述钨棒一端固定，在所述加热筒底部，通过支撑环将所述钨棒的另一端进行固定。本发明所公开的一种生长蓝宝石用新型发热体，结构设计简单合理，有效的成倍提高加热效率，即降低功耗，更重要的是能无论在生长不同阶段都能高效的提供核实且稳定的横向梯度和径向梯度，从而为生长大尺寸晶体提供了较好的热场条件和晶体的品质保障。同时固定时采用钨螺栓紧固，组装与拆卸时机械化简单、方便，尤其是在使用一定时间后不会因一组损坏而无法更换而影响发热体的使用寿命。

Description

一种生长蓝宝石用发热体

技术领域

本发明涉及蓝宝石晶体生长设备和热场设计技术领域，特别涉及一种生长蓝宝石用发热体。

背景技术

目前，蓝宝石晶体行业均已45-100KG级规格的晶体进行量产，生长出来的晶体毛坯只能用于2英寸和4英寸衬底，随着市场经济的严重下行，衬底价格远远低于制造成本，企业为了寻求生存和提高自身竞争力，开发200KG级以上晶体并投入量产是目前唯一的出路。蓝宝石材料应用端，其一LED市场需求处于饱和状态，但是大尺寸衬底有较大需求，包括国外市场的需求；其二消费类电子产品如手机面板及表镜等应用需求也处于饱和状态；其三军工应用市场需求广泛且利润较高，但对其产品质量及尺寸要求非常高，因此各企业不断向研究与生产大尺寸晶体方面为技术导向。

高品质的蓝宝石晶体需要一个较好且稳定的轴向梯度和径向梯度。蓝宝石长晶热场主要是由一定直径、且异形的电阻丝组装而成的发热体提供热量，因此发热体的结构设计是否能满足热量且稳定的横向与径向梯度成为关健。目前传统的发热体直径设计尤其是底部发热丝的纵横交错设计只能满足小尺寸100kg级以下的晶体的生长。关于200KG以上晶体的生长若沿用传统设计理论及梯度结构的设计不能生长出良率高且低位错品质较高的晶体.

如图1所示，传统设计及实施方案中采用直径8mm以上钨棒1作电阻丝；钨棒1的R角2为直角，通过2个半圆铜法兰，多组U型钨棒1的两端分别固定在2个半圆铜法兰上，如图2所示，传统发热体底部通过钨制半圆环3对称放置中间，同时用钨丝绳4捆绑固定，发热体底部结构设计采用纵横交错方式，通过以上方式便构成了宝石炉的加热结构。

现有的传统设计结构在使用过程中存在以下缺点：钨棒采用8mm以上在同等级别晶体设计的发热体使用之后发热效率不高；底部结构设计纵横交错从结构上形成了较多空区，这样是底部发热极不均匀，导致热场的径向梯度难以达到要求，尤其是生长时随功率的下降及晶体重量的增加，径向梯度的稳定性难以保障。

现有传统设计采用单组整体U型钨棒且上下交错组装，在使用过程中若一组损坏更换时需要拆下其他组才能取出，因钨材质制品硬且脆的特性更换极不方便容易损坏其他组钨棒造成生产成本增加。

现有传统设计一旦尺寸过大底部交错的钨棒极易变形导致接触使底部局部发热量发生变化从而影响发热量的一致性。

因此，针对上述情况，如何改进及开发一种新型发热体，为生长直径400mm或以上蓝宝石晶体提供优异的加热效率、优异的横向与径向梯度、包括使用更换方便安全成为本行业工程技术人员必须攻克的技术难题。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种结构简单、维修方便、加热均匀的为生长400mm或以上蓝宝石晶体用的新型发热体。

本发明的目的通过以下技术方案来具体实现：

一种生长蓝宝石用发热体，包括多根钨棒，所述钨棒为L形，多根所述钨棒排列成上部敞口的加热筒，在所述加热筒顶部通过法兰将多根所述钨棒一端固定，在所述加热筒底部，通过支撑环将所述钨棒的另一端进行固定，所述钨棒在所述加热筒底部无交错放射性分布。

进一步地，所述加热筒底部为多层。

进一步地，相邻两层加热筒底部之间距离为15-20mm。

进一步地，在所述相邻两侧加热筒底部之间设置有支撑限位杆。

进一步地，所述法兰为对称开口的铜法兰。

进一步地，在所述法兰端面上设置有法兰安装孔，所述钨棒端部设置在所述法兰安装孔中，在所述法兰侧壁上设置有与所述法兰安装孔相通的固定孔，在所述固定孔中设置有固定螺丝。

进一步地，所述支撑环为支撑钨环。

进一步地，在所述支撑环外壁侧面设置有支撑环安装孔，所述钨棒端部设置在所述支撑环安装孔中，在所述支撑环端面上设置有与所述安装孔相通的固定孔，在所述固定孔中设置有固定钨螺栓。

进一步地，多根所述钨棒沿所述加热筒圆周均匀排列。

进一步地，所述钨棒直径为5-6mm，R角大于30。

本发明的有益效果是：

本发明所公开的一种生长蓝宝石用发热体，通过钨棒直径的控制从而适当增加电阻及钨棒组数组成的侧热屏，加上底部采用钨环连接，钨棒采用放射型，平面分布均衡无死角。设计大尺寸采用多层结构形成的底部热屏在晶体生长时可以有效的成倍提高加热效率，即降低功耗，更重要的是能无论在生长不同阶段都能高效的提供核实且稳定的横向梯度和径向梯度，从而为生长大尺寸晶体提供了较好的热场条件和晶体的品质保障。

本发明提供的L型钨棒在设计R角处弧度的改进由传统接近直角的设计改为接近圆弧的调整，大大改善了钨棒该处在使用的过程中应力能均匀的释放，防止钨棒的断裂。

本发明采用的L型钨棒且平面分布，连接方式采用钨环连接，同时固定时采用钨螺栓紧固，组装与拆卸时机械化简单、方便，尤其是在使用一定时间后不会因一组损坏而无法更换而影响发热体的使用寿命。

本发明采用的钨环对底部钨环进行固定与支撑，加上采用多层后层与层之间用钨螺杆支撑与限位，组装和更换组件时省时、安全方便，从根本上解决了底部热屏钨棒变形从而导致局部热量变化使发热不均影响梯度变化。

底部采用放射型平面分布、设计大尺寸时采用多层放射性平面分布、包括采用独特的钨环组合对多组钨棒进行固定、限位、支撑，与传统设计的发热体底部交错结构相比发热量更充分、均匀，整个底部形成放射网状无死角这样给底部径向温度的稳定提供了先决条件。

由此可见本发明所提供的生长大尺寸蓝宝石用的放射型发热体包括根据更大尺寸采用多层结构，能为该级别宝石炉提供充足的热源和核实稳定的生长梯度，同时还能因涉及机械化可操作性极强，使我们的发热体使用寿命得到提高从而降低企业钨钼损耗成本。

附图说明

图1为现有技术中发热体单组U形钨棒结构示意图；

图2为现有技术中发热体底部结构示意图；

图3为本发明所公开的生长蓝宝石用发热体主视图；

图4为本发明所公开的生长蓝宝石用发热体仰视图；

图5为本发明所公开的生长蓝宝石用发热体中单组L形钨棒结构示意图；

其中：

1-U形钨棒、2-U型钨棒R角、3-钨制半圆环、4-钨丝绳、5-L形钨棒、6-铜法兰、7-固定螺丝、8-第一支撑钨环、9-第二支撑钨环、10-钨螺栓、11-支撑限位杆。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明具体实施方式进行详细说明。

如图3、4所示，一种生长蓝宝石用发热体，包括多根L形的钨棒5，所述钨棒5直径为5-6mm，R角大于30。多根所述钨棒5排列成上部敞口的加热筒，多根所述钨棒5沿所述加热筒圆周均匀排列。在所述加热筒顶部通过法兰6将多根所述钨棒5一端固定，所述法兰6为对称开口的铜法兰。在所述法6兰端面上设置有法兰安装孔，所述钨棒5端部设置在所述法兰安装孔中，在所述法兰6侧壁上设置有与所述法兰安装孔相通的固定孔，在所述固定孔中设置有固定螺丝7。

在所述加热筒底部，通过支撑环将所述钨棒5的另一端进行固定。所述支撑环为支撑钨环，所述支撑环外壁侧面设置有支撑环安装孔，所述钨棒5端部设置在所述支撑环安装孔中，在所述支撑环端面上设置有与所述安装孔相通的固定孔，在所述固定孔中设置有固定钨螺栓10。所述加热筒底部为两层，相邻两层加热筒底部之间距离为15-20mm，在所述相邻两侧加热筒底部之间设置有支撑限位杆11。

本发明公开的一种用于生长大尺寸蓝宝石用发热体，采用小直径多组钨棒5作电阻丝能成倍提高发热效率；底部呈八爪式密集分布且采用单层或多层分布，能构建出合适且稳定的径向梯度，采用L型钨棒5运用拼接方式形成回路使我们在组装和更换过程中更方便；底部多层之间采用螺杆支撑，使其不会变形。

为理解上述效果，下面对本发明技术发案进行进一步说明：

本发热体整体结构呈筒状，具体由沿径向设置的2个开口半圆铜法兰6作为电极，在铜法兰6上沿圆周方向安装有多组L型钨棒5形成侧热屏，底部通过支撑钨环8、9与铜法兰6上的L型钨棒5拼接形成回路即底部热屏。

所述的侧热屏是通过L型钨棒5在铜法兰6上分别沿圆周方向等均分布形成，若设计更大直径的发热体则安装时将部分钨棒5等均分但高度不一在底部形成2层或多层。

所述底部热屏的钨棒5沿圆周方向呈放射型分布。且所述钨环8、9利用安装孔及紧固螺栓将底部钨棒5固定并连接成整理，设计双层或以上则同样用此方式连接固定，层与层之间在钨环加工通孔用支撑限位杆11进行支撑与限位，支撑限位杆11可以是螺栓。

所述的铜法兰6由紫铜加工而成，法兰6呈对称开口状，法兰6的上端面沿圆周方向设计多组通孔用于安装L型钨棒5头部；法兰6外径侧面对应上端面安装孔设计固定孔并攻牙，用不锈钢螺丝7将钨棒5固定在法兰6上。

如图5所示，所述的L型钨5棒直径设计控制在5-6mm,钨棒R角设计大于30，根据晶体尺寸所需发热量设计多组或多层结构，层与层之间保持15-20mm高度间隙。

所述钨环，分为第一支撑钨环8和第二支撑钨环9，第二支撑钨环9尺寸设计比第一支撑钨环8要大，钨环外径侧面设计支撑环安装孔，数量与法兰安装孔相等。第二支撑钨环9在其外径侧面同样设计固定孔，但固定孔不用打穿，深度与L型钨棒末端保持紧配，同时在钨环的上端面与钨环的固定孔对应设计紧固孔并攻牙，然后用螺丝压紧，螺丝材质为钨质，若设计多层则另层也按此料件及方法与固定，同时设计多层时，层与层之间的上下钨环分别设计通孔，通孔与固定钨棒孔错位，然后用一定高度直径的螺杆进行支撑与固定。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种生长蓝宝石用发热体，包括多根钨棒，其特征在于：所述钨棒为L形，多根所述钨棒排列成上部敞口的加热筒，在所述加热筒顶部通过法兰将多根所述钨棒一端固定，在所述加热筒底部，所述加热筒底部为多层，即设有多层支撑环，在所述相邻两层加热筒底部之间设置有支撑限位杆，通过支撑环将所述钨棒的另一端进行固定，所述钨棒的另一端等均分的与不同层的支撑环固定，所述支撑环为支撑钨环，所述钨棒在所述加热筒底部无交错放射性分布，相邻两层加热筒底部之间距离为15-20mm。

2.根据权利要求1所述的一种生长蓝宝石用发热体，其特征在于：所述法兰为对称开口的铜法兰。

3.根据权利要求1所述的一种生长蓝宝石用发热体，其特征在于：在所述法兰端面上设置有法兰安装孔，所述钨棒端部设置在所述法兰安装孔中，在所述法兰侧壁上设置有与所述法兰安装孔相通的固定孔，在所述固定孔中设置有固定螺丝。

4.根据权利要求1所述的一种生长蓝宝石用发热体，其特征在于：在所述支撑环外壁侧面设置有支撑环安装孔，所述钨棒端部设置在所述支撑环安装孔中，在所述支撑环端面上设置有与所述安装孔相通的固定孔，在所述固定孔中设置有固定钨螺栓。

5.根据权利要求1所述的一种生长蓝宝石用发热体，其特征在于：多根所述钨棒沿所述加热筒圆周均匀排列。

6.根据权利要求1所述的一种生长蓝宝石用发热体，其特征在于：所述钨棒直径为5-6mm，R角大于30。