CN109537059A - 一种用于蓝宝石晶体生长的坩埚结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及晶体制造领域,旨在提供一种用于蓝宝石晶体生长的坩埚结构。该坩埚结构包括用于蓝宝石晶体生长的坩埚,坩埚具有圆形的开口;该坩埚结构还包括圆筒状的坩埚延长段;坩埚延长段安装在坩埚的开口上沿。本发明中,在坩埚上部增加延长段可以保证原料安装简单;增加投料量,生长更大尺寸蓝宝石;延长段相对于坩埚本体材料而言重量更轻,能减轻坩埚支撑座的压力;使用延长段结构的热场安装/拆卸方便、快捷。
Description
技术领域
本发明涉及属于晶体制造领域,特别涉及到蓝宝石晶体生长的坩埚装置。
背景技术
蓝宝石是氧化铝((α-Al2O3)的一种单晶,俗称刚玉,是由三个氧原子和两个铝原子以共价键形式结合,属于六方晶系。其熔点为2050℃。沸点为2980℃,最高工作温度可达到1900℃,是较早开发应用的人工晶体材料。蓝宝石晶体材料的化学性质非常稳定,一般不溶于水,不受酸、碱腐蚀;蓝宝石晶体硬度和耐磨性高,莫氏硬度9级,仅次于最硬的金刚石,可作为精密机械的轴承材料;蓝宝石晶体具有很好的光学和力学性能,是一种理想的光学窗口材料;另外,蓝宝石晶体材料是使用最广泛的氧化物衬底材料之一,在微电子-光学领域、通信、医学等领域有着广阔的应用前景。
蓝宝石熔汤的密度为3.175g/cm3,而高纯氧化铝原料的装填密度一般在2.1-2.8g/cm3,所以在装料的时候,由于装填密度的差异会导致原料难以装填到合适的重量,从而影响大尺寸蓝宝石晶体的投料量以及热场的工艺设计。同时蓝宝石晶体生长一般采用钨坩埚,200kg级的蓝宝石晶体生长所用的坩埚重达300kg以上,加上原料以及支撑座自重,在高温下坩埚支撑座实际承受重量达到500kg以上,这对支撑座的设计和使用寿命的要求大大增加。如要生长300kg以上蓝宝石晶体,这个技术瓶颈更为明显。
发明内容
本发明要解决的技术问题是,克服现有技术中的不足,通过一种用于蓝宝石晶体生长的坩埚结构。
为解决技术问题,本发明的解决方案是:
提供一种用于蓝宝石晶体生长的坩埚结构,包括用于蓝宝石晶体生长的坩埚,坩埚具有圆形的开口;该坩埚结构还包括圆筒状的坩埚延长段;坩埚延长段安装在坩埚的开口上沿。
作为一种改进,所述坩埚延长段是圆筒状的钨环或钼环。
作为一种改进,所述坩埚延长段的径向厚度是坩埚径向厚度的1/3~2/3。
作为一种改进,所述坩埚延长段与坩埚开口上沿之间设有一圈钼丝。
作为一种改进,所述钼丝的直径为0.5~1.5mm。
作为一种改进,在坩埚延长段底部和坩埚开口上沿的表面分别设有环形凹槽,所述钼丝装在环形凹槽中;坩埚延长段安装在坩埚开口上沿后,两者之间保持间隙。
作为一种改进,所述坩埚延长段与坩埚开口上沿之间垫有一圈氧化锆纤维纸。
作为一种改进,所述氧化锆纤维纸的厚度小于1mm。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
1、在坩埚上部增加延长段可以保证原料安装简单;增加投料量,生长更大尺寸蓝宝石;
2、延长段相对于坩埚本体材料而言重量更轻,能减轻坩埚支撑座的压力;
3、使用延长段结构的热场安装/拆卸方便、快捷。
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是本发明的热场结构示意图。
图中附图标记:1中保温;2炉筒;3坩埚延长段;4侧保温;5坩埚;6氧化铝原料;7加热器;8电极柱;9坩埚轴。
具体实施方式
下面结合附图,对本发明具体实施方式进行详细描述。
如图1所示,坩埚轴9固定在炉筒2的炉底板上,依次安装侧保温4、电极柱8、加热器7,加热器7安装在电极柱8上面,坩埚5安装在坩埚轴9上。
坩埚5具有圆形的开口,坩埚延长段3是圆筒状的钨环或钼环,其径向厚度是坩埚5径向厚度的1/3~2/3。
坩埚延长段3安装在坩埚5的开口上沿,为避免高温加热过程中高温的蓝宝石熔汤粘住坩埚延长段3和坩埚5,需要在两者之间装入一圈钼丝或氧化锆纤维纸。其中,钼丝的直径为0.5~1.5mm,氧化锆纤维纸的厚度小于1mm。为了使安放钼丝时不至于移位,可以在坩埚延长段3底部和坩埚5开口上沿的表面分别设有环形凹槽,将钼丝装在环形凹槽中;坩埚延长段3安装在坩埚5开口上沿后,两者之间保持间隙。
该坩埚结构的使用方法:
(1)向坩埚5里面装入氧化铝原料6,当装到坩埚5平口的时候,在坩埚5开口上沿垫上一圈钼丝或一圈氧化锆纤维纸,保证在高温的过程中不粘住。然后将坩埚延长段3放置在上面,继续装入氧化铝原料6直到达到投料量为止;在坩埚延长段3上面安装中保温1。
(2)启动加热程序,由于氧化铝原料6的固体密度与液体密度存在差异,当固体加热熔化后,液体原料会下降到坩埚平口以下位置。这样可以完美地保证最大投料量,为生长大尺寸晶体打下基础。
Claims (8)
1.一种用于蓝宝石晶体生长的坩埚结构,包括用于蓝宝石晶体生长的坩埚,坩埚具有圆形的开口;其特征在于,该坩埚结构还包括圆筒状的坩埚延长段;坩埚延长段安装在坩埚的开口上沿。
2.根据权利要求1所述的坩埚结构,其特征在于,所述坩埚延长段是圆筒状的钨环或钼环。
3.根据权利要求1所述的坩埚结构,其特征在于,所述坩埚延长段的径向厚度是坩埚径向厚度的1/3~2/3。
4.根据权利要求1所述的坩埚结构,其特征在于,所述坩埚延长段与坩埚开口上沿之间设有一圈钼丝。
5.根据权利要求4所述的坩埚结构,其特征在于,所述钼丝的直径为0.5~1.5mm。
6.根据权利要求4所述的坩埚结构,其特征在于,在坩埚延长段底部和坩埚开口上沿的表面分别设有环形凹槽,所述钼丝装在环形凹槽中;坩埚延长段安装在坩埚开口上沿后,两者之间保持间隙。
7.根据权利要求1所述的坩埚结构,其特征在于,所述坩埚延长段与坩埚开口上沿之间垫有一圈氧化锆纤维纸。
8.根据权利要求7所述的坩埚结构,其特征在于,所述氧化锆纤维纸的厚度小于1mm。
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