CN116121879A - 一种用于大尺寸蓝宝石晶体生长制备装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于大尺寸蓝宝石晶体生长制备装置，属于蓝宝石晶体生长制备技术领域，制备组件包括炉体以及用于承接晶体的坩埚，炉体的炉底板上具有托盘，托盘上连接有供坩埚升降的驱动件，加热组件包括加热器以及与加热器相连的第一电极，其中，炉底板的下方设有一升降结构，升降结构可驱动第一电极在炉底板上滑动，以推动加热器进行反复升降动作，第一电极与炉底板相交处设有密封座，密封座上设有易融结构，当坩埚泄露时，其熔融液体可将易融结构融穿，形成排液通道。该装置能够使得晶体内应力及开裂问题得到根本改善和解决，同时，当坩埚发生相应的开裂情况下，使其熔融状态的氧化铝液体排出，避免存储在炉体底壁上。

Description

一种用于大尺寸蓝宝石晶体生长制备装置

技术领域

本发明涉及蓝宝石晶体生长制备技术领域，具体而言，涉及一种用于大尺寸蓝宝石晶体生长制备装置。

背景技术

泡生法是当前生长大尺寸蓝宝石晶体的主流制备工艺，该工艺具备的优良温梯系统对于获得高质量、低缺陷密度的大晶体至关重要。然而由于长晶过程是一个不断变温的过程，晶体的每一部分都会随着温度变化而膨胀收缩，且由于温梯的存在，热膨胀系数的各向异性，使得晶体内部的膨胀收缩相匀制约，不能自由的发生，导致热应力的产生，而晶体应力的集中，更会引起裂纹的生成。故此退火工艺对于解决大晶体晶体开裂，消除晶体内应力显得尤为关键。

传统的蓝宝石退火工艺采用多加热器分阶段降温控制的方式进行。由于热区位置相对于晶体的轴向位置固定不变，故仍会造成退火过程温场不均的问题，致使整个退火效果不佳，晶体内应力及开裂问题仍未得到根本改善和解决，同时，在制备过程中，由于温度的变化，其坩埚也会发生相应的开裂情况，进而造成熔融状态的氧化铝液体泄漏，并存储在炉体底壁上，其凝固后，带来一定的清炉难度。

发明内容

为了弥补以上不足，本发明提供了一种用于大尺寸蓝宝石晶体生长制备装置，旨在改善制备过程中温度不稳定、不均匀的问题。

本发明是这样实现的：本发明提供一种用于大尺寸蓝宝石晶体生长制备装置包括制备组件、加热组件、升降结构和易融结构。

所述制备组件包括炉体以及用于承接晶体的坩埚，所述炉体的炉底板上具有托盘，所述托盘上连接有供所述坩埚升降的驱动件。

所述加热组件包括加热器以及与所述加热器相连的第一电极，其中，所述炉底板的下方设有一升降结构，所述升降结构可驱动所述第一电极在炉底板上纵向滑动，以推动所述加热器进行反复升降动作。

所述第一电极与所述炉底板相交处设有密封座，所述密封座上设有易融结构，当所述坩埚泄露时，其熔融液体可将所述易融结构融穿，形成排液通道。

在本发明的一种实施例中，所述第一电极内部设有循环水路，以配置所述第一电极承受高温环境。

在本发明的一种实施例中，所述易融结构为T型塞状结构，且靠近所述第一电极设置。

在本发明的一种实施例中，所述易融结构为嵌合在所述密封座上的的圆环套结构，并套设在第一电极上。

在本发明的一种实施例中，所述易融结构为条状结构，并在所述密封座上间隔设置有多条。

在本发明的一种实施例中，所述升降结构包括底座、电机、蜗杆减速器、换向器和螺旋升降机，所述电机与所述蜗杆减速器相连，所述蜗杆减速器相对两侧通过轴与所述换向器相连，两个所述换向器连接分别与对应的螺旋升降机相连，所述第一电极连接在所述螺旋升降机上。

在本发明的一种实施例中，每侧所述螺旋升降机均设有两个，并相互通过过渡轴相连，所述过渡轴与所述螺旋升降机的连接处设有联轴器。

在本发明的一种实施例中，所述密封座为聚四氟乙烯材质结构，以确保耐高温的同时，确保所述第一电极升降顺畅性。

在本发明的一种实施例中，所述加热器的底部具有第二电极，所述第二电极与所述第一电极的顶端相连。

在本发明的一种实施例中，所述炉体内设有保温壳，所述保温壳的底端所述托盘相连，形成容置所述坩埚和所述加热器的保温腔。

本发明的有益效果是：本发明通过上述设计得到的一种用于大尺寸蓝宝石晶体生长制备装置，使用时，将晶体放置在炉体内的坩埚中，然后启动加热器，对其进行加热处理，当工艺进入退火阶段，位于炉底板下方的升降结构开始带动第一电极进行升降，进而能够推动加热器完成上下升降的反复动作，使其退火过程中温场均匀，提高整个退火效果，进而能够改善和解决晶体内应力及开裂问题，同时，在整体晶体制备工艺中，坩埚发生破裂，其坩埚内熔融状态的氧化铝液体即可融穿易融结构，以便于将泄漏液体排出，避免在炉体内凝固后，造成清炉困难；

该装置能够在整个工艺的退火过程中有效提高温场均匀，进而提高退火效果，使得晶体内应力及开裂问题得到根本改善和解决，而且该装置在坩埚发生相应的开裂情况下，使其熔融状态的氧化铝液体排出，避免存储在炉体底壁上。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明实施方式提供的一种用于大尺寸蓝宝石晶体生长制备装置立体剖视图；

图2为本发明实施方式提供的一种用于大尺寸蓝宝石晶体生长制备装置的正视图；

图3为本发明实施方式提供的一种用于大尺寸蓝宝石晶体生长制备装置的剖视图；

图4为本发明实施方式提供的一种用于大尺寸蓝宝石晶体生长制备装置工作状态示意图；

图5为本发明实施方式提供的一种用于大尺寸蓝宝石晶体生长制备装置中易融结构的第一实施例示意图；

图6为本发明实施方式提供的一种用于大尺寸蓝宝石晶体生长制备装置部分结构剖视示意图；

图7为本发明实施方式提供的一种用于大尺寸蓝宝石晶体生长制备装置中升降结构立体结构示意图；

图8为本发明实施方式提供的一种用于大尺寸蓝宝石晶体生长制备装置中易融结构第二实施例结构示意图；

图9为本发明实施方式提供的一种用于大尺寸蓝宝石晶体生长制备装置中易融结构第三实施例结构示意图。

图中：100-制备组件；110-炉体；111-炉底板；112-托盘；1121-驱动件；113-保温壳；120-坩埚；200-加热组件；210-加热器；211-第二电极；220-第一电极；221-密封座；222-循环水路；300-升降结构；310-底座；320-电机；330-蜗杆减速器；340-换向器；350-螺旋升降机；351-过渡轴；352-联轴器；400-易融结构；410-排液通道。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

实施例

请参阅图1-图5，本发明提供一种技术方案：一种用于大尺寸蓝宝石晶体生长制备装置，包括制备组件100、加热组件200、升降结构300和易融结构400。

其中，制备组件100用于承接晶体，然后加热组件200用于对晶体进行升温熔融，升降结构300能够实现在退火过程中热场均匀，进而改善和解决晶体内应力及开裂问题，而易融结构400能够将泄漏的熔融液体及时排出，避免凝固在该结构上。

请参阅图1-图4，制备组件100包括炉体110以及用于承接晶体的坩埚120，炉体110的炉底板111上具有托盘112，托盘112上连接有供坩埚120升降的驱动件1121。炉体110内设有保温壳113，保温壳113的底端托盘112相连，形成容置坩埚120和加热器210的保温腔，使其内部温场均匀，避免晶体内应力及开裂的问题。

请参阅图1、图5和图6以及图7，加热组件200包括加热器210以及与加热器210相连的第一电极220，加热器210的底部具有第二电极211，第二电极211与第一电极220的顶端相连，该第二电极211为石墨电极。其中，炉底板111的下方设有一升降结构300，升降结构300可驱动第一电极220在炉底板111上进行纵向滑动，以推动加热器210进行反复升降动作。重要的是，在第一电极220的内部设有循环水路222，以配置第一电极220承受高温环境，进一步的，基于循环冷却水路可以保证易融结构400可以在高温环境下稳定的工作，避免由于散发的热量将其熔化。具体的，第一电极220由无氧铜焊接而成，内部设计有循环水路222，在确保升降行程及水路截面积足够的前提下进行长度和焊接结构的设计。冷却水进出接口均设计在炉底板111下方，便于水路的连接和布局。

请参阅图1、图5和图7，升降结构300包括底座310、电机320、蜗杆减速器330、换向器340和螺旋升降机350，电机320与蜗杆减速器330相连，蜗杆减速器330相对两侧通过轴与换向器340相连，两个换向器340连接分别与对应的螺旋升降机350相连，第一电极220连接在螺旋升降机350上。每侧螺旋升降机350均设有两个，并相互通过过渡轴351相连，过渡轴351与螺旋升降机350的连接处设有联轴器352。当工艺进入退火阶段，位于炉底板111下方的升降结构300开始进入自动升降模式，通过螺旋升降机350丝杆螺母带动第一电极220进行升降，由于加热器210底部通过第二电极211与第一电极220上端进行连接，故整个加热器210在升降结构300的驱动下完成上下升降的反复动作。具体说明，该升降结构300与驱动件1121属于两个独立的驱动装置，且当升降结构300作业时，其驱动件1121是不进行工作的，进而才能够调节加热器210实现对退火过程热场均匀的作用。同时，通过升降结构300能够使第一电极220和第二电极211之间形成一定的距离，第一电极220通电后，即可与第二电极211产生电弧，以此控制加热器210进行作业。

请参阅图5和图6，第一电极220与炉底板111相交处设有密封座221，该密封座221为聚四氟乙烯材质结构，以确保耐高温（持续工作温度超200℃）的前提下大大降低了接触面的摩擦系数，确保第一电极220升降动作导向的顺畅性。密封座221上设有易融结构400，该易融结构400为钢材，可以加工成薄状结构，安装在密封座221上，具体的，该密封座221为熔点高的材质，当泄露液体流出不会造成密封座221熔融。当坩埚120泄露时，其熔融液体可将易融结构400融穿，形成排液通道410。具体的，易融结构400为T型塞状结构，且靠近第一电极220设置，可以在炉底板111上将孔放大，放置带塞状结构的密封座221，当发生坩埚120泄漏问题时，熔融状态的氧化铝液体可以融穿该易融塞，以便于排出熔融液体，避免在炉体110上凝固，造成清炉困难的问题。

基于本申请的第一实施例提供的易融结构400，本申请的第二实施例提供另一种的易融结构400。第二实施例中的易融结构400仅仅是第一实施例的优选方式，第二实施例的实施对第一实施例的单独实施不会造成影响。

下面结合附图和实施方式对本申请的第二实施例进一步的说明。

请参阅图8，易融结构400为嵌合在密封座221上的的圆环套结构，并套设在第一电极220上，当泄露的液体熔化该易融结构400时，第一电极220即会与密封座221之间形成排液通道410，以方便熔融料下落。

基于本申请的第一实施例提供的易融结构400，本申请的第三实施例提供另一种的易融结构400。第三实施例中的易融结构400仅仅是第一实施例的优选方式，第三实施例的实施对第一实施例的单独实施不会造成影响。

下面结合附图和实施方式对本申请的第三实施例进一步的说明。

请参阅图9，易融结构400为条状结构，并在密封座221上间隔设置有多条，当泄露的液体融穿之后，即会形成多个排液通道410，以此实现融熔料方便下落。

具体的，该用于大尺寸蓝宝石晶体生长制备装置的工作原理：使用时，将晶体放置在炉体110内的坩埚120中，然后启动加热器210，对其进行加热处理，当工艺进入退火阶段，位于炉底板111下方的升降结构300开始带动第一电极220进行升降，进而能够推动加热器210完成上下升降的反复动作，使其退火过程中温场均匀，提高整个退火效果，进而能够改善和解决晶体内应力及开裂问题，同时，在整体晶体制备工艺中，坩埚120发生破裂，其坩埚120内熔融状态的氧化铝液体即可融穿易融结构400，以便于将泄漏液体排出，避免在炉体110内凝固后，造成清炉困难；

当升降结构300工作时，电机320驱动蜗杆减速器330进行转动，进而能够驱动换向器340转动，以此改变相应的传动方向，当第一电极220和第二电极211相抵接时，螺旋升降机350驱动第一电极220，进而能够带动第二电极211进行和升降，进而实现加热器210的升降作业，实现在退火过程中热场均匀，进而改善和解决晶体内应力及开裂问题；

当坩埚120泄露时，熔融状态的氧化铝液体融穿T型结构的易融结构400，使其通过排液通道410流出，避免粘埚，另一种方式，将易融结构400加工成圆环套形状套设在第一电极220上，进而熔融液体熔化易融结构400，会使第一电极220与密封座221之间形成排液通道410，以方便熔融料下落，再一种方式，将易融结构400做成条状的安装在密封座221上，使其溶液熔化后形成多个排液通道410，以此流出。

需要说明的是，驱动件1121、加热器210和电机320具体的型号规格需根据该装置的实际规格等进行选型确定，具体选型计算方法采用本领域现有技术，故不再详细赘述。

驱动件1121、加热器210和电机320的供电及其原理对本领域技术人员来说是清楚的，在此不予详细说明。

以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (10)

1.一种用于大尺寸蓝宝石晶体生长制备装置，其特征在于，包括

制备组件（100），所述制备组件（100）包括炉体（110）以及用于承接晶体的坩埚（120），所述炉体（110）的炉底板（111）上具有托盘（112），所述托盘（112）上连接有供所述坩埚（120）升降的驱动件（1121）；

加热组件（200），所述加热组件（200）包括加热器（210）以及与所述加热器（210）相连的第一电极（220），其中，所述炉底板（111）的下方设有一升降结构（300），所述升降结构（300）可驱动所述第一电极（220）在炉底板（111）上纵向滑动，以推动所述加热器（210）进行反复升降动作；

所述第一电极（220）与所述炉底板（111）相交处设有密封座（221），所述密封座（221）上设有易融结构（400），当所述坩埚（120）泄露时，其熔融液体可将所述易融结构（400）融穿，形成排液通道（410）。

2.根据权利要求1所述的一种用于大尺寸蓝宝石晶体生长制备装置，其特征在于，所述第一电极（220）内部设有循环水路（222），以配置所述第一电极（220）承受高温环境。

3.根据权利要求2所述的一种用于大尺寸蓝宝石晶体生长制备装置，其特征在于，所述易融结构（400）为T型塞状结构，且靠近所述第一电极（220）设置。

4.根据权利要求2所述的一种用于大尺寸蓝宝石晶体生长制备装置，其特征在于，所述易融结构（400）为嵌合在所述密封座（221）上的的圆环套结构，并套设在第一电极（220）上。

5.根据权利要求2所述的一种用于大尺寸蓝宝石晶体生长制备装置，其特征在于，所述易融结构（400）为条状结构，并在所述密封座（221）上间隔设置有多条。

6.根据权利要求1所述的一种用于大尺寸蓝宝石晶体生长制备装置，其特征在于，所述升降结构（300）包括底座（310）、电机（320）、蜗杆减速器（330）、换向器（340）和螺旋升降机（350），所述电机（320）与所述蜗杆减速器（330）相连，所述蜗杆减速器（330）相对两侧通过轴与所述换向器（340）相连，两个所述换向器（340）连接分别与对应的螺旋升降机（350）相连，所述第一电极（220）连接在所述螺旋升降机（350）上。

7.根据权利要求6所述的一种用于大尺寸蓝宝石晶体生长制备装置，其特征在于，每侧所述螺旋升降机（350）均设有两个，并相互通过过渡轴（351）相连，所述过渡轴（351）与所述螺旋升降机（350）的连接处设有联轴器（352）。

8.根据权利要求1所述的一种用于大尺寸蓝宝石晶体生长制备装置，其特征在于，所述密封座（221）为聚四氟乙烯材质结构，以确保耐高温的同时，确保所述第一电极（220）升降顺畅性。

9.根据权利要求1所述的一种用于大尺寸蓝宝石晶体生长制备装置，其特征在于，所述加热器（210）的底部具有第二电极（211），所述第二电极（211）与所述第一电极（220）的顶端相连。

10.根据权利要求1所述的一种用于大尺寸蓝宝石晶体生长制备装置，其特征在于，所述炉体（110）内设有保温壳（113），所述保温壳（113）的底端所述托盘（112）相连，形成容置所述坩埚（120）和所述加热器（210）的保温腔。

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