CN109537059B - 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 (4)
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；
坩埚延长段是圆筒状的钨环或钼环，其径向厚度是坩埚径向厚度的1/3～2/3；
坩埚延长段与坩埚开口上沿之间设有一圈钼丝，或者在坩埚延长段与坩埚开口上沿之间垫有一圈氧化锆纤维纸。
2.根据权利要求1所述的坩埚结构，其特征在于，所述钼丝的直径为0.5～1.5mm。
3.根据权利要求1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。
4.根据权利要求1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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