CN116949561A - 蓝宝石晶体生长炉及蓝宝石晶体生长方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种蓝宝石晶体生长炉及蓝宝石晶体生长方法，该蓝宝石晶体生长炉包括：炉体，包括炉盖和炉壁，炉盖和炉壁围设形成炉室，炉盖开设有第一横移通道；保温结构，位于炉室内，具有顶壁和保温腔，顶壁开设有第二横移通道，第二横移通道和第一横移通道沿着同一水平方向延伸；坩埚，位于保温腔内，具有用于生长蓝宝石晶体的长晶区；投料通道，依次贯穿炉盖和顶壁，投料通道所在的轴线位于长晶区外；及蓝宝石提拉轴，依次穿设第一横移通道和第二横移通道。在蓝宝石晶体生长过程中，可以通过投料通道向坩埚内补充氧化铝原料，从而生长出更大尺寸的蓝宝石晶体；蓝宝石提拉轴能够沿着水平方向移动以实现偏心引晶，从而提高晶体的生长质量。

Description

蓝宝石晶体生长炉及蓝宝石晶体生长方法

技术领域

本发明涉及晶体生长技术领域，特别是涉及蓝宝石晶体生长炉及蓝宝石晶体生长方法。

背景技术

目前，通常采用泡生法生长大尺寸的蓝宝石晶体，采用泡生法生长晶体大尺寸蓝宝石晶体的大致过程如下：向坩埚内一次性加入粉状的氧化铝原料，氧化铝原料用于生长蓝宝石晶体；然后将蓝宝石晶体生长炉开机，对坩埚加热使氧化铝原料熔化为熔融状的熔汤，该步骤称为煮料；之后将一个小的籽晶引入熔汤（即熔融状的氧化铝材料）中，从而启动蓝宝石晶体的生长过程，该步骤称为引晶。通常在坩埚中轴线位置引晶以使蓝宝石晶体在坩埚中轴线位置生长，这样能够充分利用坩埚的空间，以生长出更大尺寸的蓝宝石晶体。

传统技术中，在生长大尺寸蓝宝石晶体的过程中不会对坩埚内补充氧化铝原料，待坩埚内的熔汤耗尽后便无法再继续生长晶体，在做好生长蓝宝石晶体的收尾工作后将蓝宝石晶体生长炉关机降温，之后取出蓝宝石晶体。

上述生长大尺寸蓝宝石晶体的过程存在以下两个问题：

首先，因为坩埚内的氧化铝原料是一次性加入的，所以最终得到的蓝宝石晶体的尺寸受到一次性加入坩埚内的氧化铝原料的量的限制。一次性加入坩埚内的氧化铝原料越多，最终得到的蓝宝石晶体就越大。可是坩埚的容积有限，导致一次性加入坩埚内的氧化铝原料有限，这限制了最终得到的蓝宝石晶体的尺寸，不利于生长出更大尺寸的蓝宝石晶体。

其次，现有的研究表明，相比于传统技术中使籽晶在坩埚中轴线位置引晶，将籽晶置于偏离坩埚中轴线的位置进行偏心引晶，晶体的生长质量更佳。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种蓝宝石晶体生长炉及蓝宝石晶体生长方法，该蓝宝石晶体生长炉能够在晶体生长过程中补充晶体原料，从而生长出更大尺寸的晶体。而且，该蓝宝石晶体生长炉能够将籽晶置于偏离坩埚中轴线的位置进行偏心引晶，从而提高晶体的生长质量。

为了解决上述问题，本发明提供技术方案如下：

一种蓝宝石晶体生长炉，包括：

炉体，包括炉盖和炉壁，所述炉盖和所述炉壁围设形成炉室，所述炉盖开设有第一横移通道；

保温结构，位于所述炉室内，具有顶壁和保温腔，所述顶壁开设有第二横移通道，所述第二横移通道和所述第一横移通道沿着同一水平方向延伸；

坩埚，位于所述保温腔内，具有用于生长蓝宝石晶体的长晶区；

投料通道，依次贯穿所述炉盖和所述顶壁，所述投料通道所在的轴线位于所述长晶区外；及

蓝宝石提拉轴，依次穿设所述第一横移通道和所述第二横移通道。

本发明至少具有如下有益效果：

可以在蓝宝石晶体生长过程中通过投料通道向坩埚内补充氧化铝原料，从而生长出更大尺寸的蓝宝石晶体；而且，蓝宝石提拉轴能够沿着水平方向移动。一方面，可以将蓝宝石提拉轴水平移动至偏离坩埚中轴线的位置以使所携带的籽晶进行偏心引晶，从而提高晶体的生长质量。另一方面，可以在蓝宝石晶体生长过程中逐渐使蓝宝石提拉轴朝向坩埚中轴线移动，以防止不断长大的蓝宝石晶体接触坩埚并充分利用坩埚的空间生长出大尺寸的蓝宝石晶体。

在其中一个实施例中，所述第一横移通道具有长度方向的第一端和第二端，所述第二横移通道具有长度方向的第三端和第四端，所述第一端和所述第三端正对设置，所述第二端和所述第四端正对设置，当所述蓝宝石提拉轴位于所述第二端时，所述蓝宝石提拉轴的轴线与所述坩埚中轴线共线。

如此设置，能够尽量减小第一横移通道和第二横移通道的尺寸，并且最大程度地利用坩埚内的空间生长蓝宝石晶体。

在其中一个实施例中，所述蓝宝石晶体生长炉还包括进气通道，所述进气通道依次贯穿所述炉盖和所述顶壁，用于在所述坩埚内形成环形风屏；所述进气通道的轴线与所述坩埚中轴线之间的距离小于所述投料通道的轴线与所述坩埚中轴线之间的距离。

如此设置，环形风屏可以将生长中的蓝宝石晶体和下落的氧化铝原料所经过的区域隔开，从而防止扬尘飘到蓝宝石晶体表面而影响蓝宝石晶体的生长品质。

在其中一个实施例中，沿着所述坩埚的径向，所述进气通道、所述投料通道由内而外依次排布。

如此设置，能使环形风屏风力最强处位于生长中的蓝宝石晶体和投料区之间，以保证环形风屏将生长中的蓝宝石晶体和下落的氧化铝原料充分隔开。

在其中一个实施例中，所述保温结构还具有贯穿所述顶壁的第一出气通道，沿着所述坩埚的径向，所述进气通道、所述投料通道、所述第一出气通道由内而外依次排布。

在其中一个实施例中，所述进气通道设有多个，多个所述进气通道圆周分布。

如此设置，便于形成呈环形的环形风屏。

在其中一个实施例中，所述投料通道设有多个，多个所述投料通道圆周分布。

如此设置，便于根据蓝宝石晶体生长出来的形状开启远离蓝宝石晶体的投料通道向坩埚内补充氧化铝原料，从而降低扬尘飘到蓝宝石晶体表面的可能性。而且，可以同时通过多个投料通道同时补充氧化铝原料，从而提高补充氧化铝原料的速度。

在其中一个实施例中，所述第一出气通道设有多个，多个所述第一出气通道圆周分布。

如此设置，便于将分布于不同区域的扬尘和气态杂质排出至保温结构外。

在其中一个实施例中，所述第一出气通道与水平面之间的夹角为α，满足：0°＜α＜90°。

如此设置，有利于增大第一出气通道在顶壁上形成的开口的面积，以便于第一气流及其携带的扬尘和气态杂质从第一出气通道离开坩埚和保温结构。

在其中一个实施例中，所述炉壁上设有第二出气通道，沿着铅锤方向，所述第二出气通道位于所述炉盖和所述顶壁之间。

如此设置，从第一出气通道出来的第一气流及其携带的扬尘和气态杂质可以通过第二出气通道排出至炉体外，第二气流从蓝宝石提拉轴和顶壁之间的间隙排出至保温结构后也可以通过第二出气通道排出至炉体外。

本发明还提供一种蓝宝石晶体生长方法，用于上述的蓝宝石晶体生长炉，该蓝宝石晶体生长方法包括步骤：

a.将蓝宝石提拉轴移动至第一端；

b.在坩埚内设置环形风屏；

c.通过投料通道在坩埚内沿着水平方向远离第一端的位置向坩埚内加入氧化铝原料；

d.转动蓝宝石晶体以使熔汤旋转；

e.在蓝宝石晶体生长过程中将蓝宝石提拉轴朝向第二端移动以防止蓝宝石晶体接触坩埚。

该蓝宝石晶体生长方法至少具有如下有益效果：

首先，可以在蓝宝石晶体生长过程中向坩埚内补充氧化铝原料，这样能够生长出更大尺寸的蓝宝石晶体；设置环形风屏能够防止粉状的氧化铝原料形成的扬尘飘到生长中的蓝宝石晶体表面而影响蓝宝石晶体的生长品质；使熔汤旋转则能使尚未熔化的氧化铝原料向坩埚侧壁移动而远离蓝宝石晶体，防止坩埚内的氧化铝原料接触蓝宝石晶体表面而影响蓝宝石晶体的生长品质。

其次，可以将蓝宝石提拉轴移动至偏离坩埚中轴线的第一端进行偏心引晶，以提高蓝宝石晶体的生长品质；在蓝宝石晶体生长过程中将蓝宝石提拉轴朝向第二端移动，从而防止不断长大的蓝宝石晶体接触坩埚并充分利用坩埚的空间生长出大尺寸的蓝宝石晶体。

在其中一个实施例中，在步骤b中，使环形风屏在保温结构内形成第一气流和第二气流，第一气流依次贴着熔汤的液面和坩埚侧壁流动以将扬尘和气态杂质带出坩埚，第二气流依次贴着熔汤的液面、蓝宝石晶体表面、籽晶表面、蓝宝石提拉轴表面流动以在蓝宝石晶体表面形成保护气膜。

附图说明

图1为本发明一个实施例的蓝宝石晶体生长炉的结构示意图；

图2为图1所示蓝宝石晶体生长炉的俯视图；

图3为另一个实施例的蓝宝石晶体生长炉的俯视图；

图4为本发明又一个实施例的蓝宝石晶体生长炉的结构示意图；

图5为本发明图4所示实施例中部分结构的连接关系示意图，图中对蓝宝石提拉轴、保温板和顶壁做了简化处理；

图6为本发明图4所示实施例中第二横移通道与避让通道的位置关系示意图，在图6所示状态下，第一起点和第二起点位于同一水平位置；

图7为本发明图4所示实施例中第二横移通道与避让通道的位置关系示意图，在图6所示状态的基础上进一步逆时针旋转保温板可以得到图7所示状态；

图8为本发明图4所示实施例中第二横移通道与避让通道的位置关系示意图，在图7所示状态的基础上进一步逆时针旋转保温板可以得到图8所示状态；

图9为本发明图4所示实施例中第二横移通道与避让通道的位置关系示意图，在图9所示状态下，第二横移通道的中点和避让通道的曲中点位于同一水平位置，在图8所示状态的基础上进一步逆时针旋转保温板可以得到图9所示状态；

图10为本发明图4所示实施例中第二横移通道与避让通道的位置关系示意图，在图9所示状态的基础上进一步逆时针旋转保温板可以得到图10所示状态；

图11为本发明图4所示实施例中第二横移通道与避让通道的位置关系示意图，在图10所示状态的基础上进一步逆时针旋转保温板可以得到图11所示状态；

图12为本发明图4所示实施例中第二横移通道与避让通道的位置关系示意图，在图12所示状态下，第一终点和第二终点位于同一水平位置，在图11所示状态的基础上进一步逆时针旋转保温板可以得到图12所示状态。

附图标记：1、蓝宝石提拉轴；2、炉体；21、炉盖；211、第一横移通道；22、炉壁；221、第二出气通道；23、炉室；3、熔汤；4、保温结构；41、保温层；411、保温盖；412、保温筒；413、保温腔；414、顶壁；415、第二横移通道；416、第一出气通道；417、环形凹槽；42、保温板；421、避让通道；5、坩埚；6、加热装置；7、籽晶；81、投料通道；82、投料管；91、进气通道；92、进气管；10、蓝宝石晶体。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

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”、“轴向”、“径向”、“周向”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装置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至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，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；可以是机械连接，也可以是电连接；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，除非另有明确的限定。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“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，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”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

请参阅图1，本发明提供一种蓝宝石晶体生长炉，该蓝宝石晶体生长炉包括炉体2、保温结构4、坩埚5和蓝宝石提拉轴1。炉体2包括炉盖21和炉壁22，炉盖21和炉壁22围设形成炉室23。保温结构4位于炉室23内，包括具有顶壁414的保温层41，保温层41为中空结构，其内部形成保温腔413，坩埚5位于保温腔413内且坩埚5具有中轴线。在将蓝宝石晶体生长炉开机前，可以向坩埚5内加入粉状的氧化铝原料；在将蓝宝石晶体生长炉开机后对坩埚5加热使氧化铝原料熔化为熔汤3，之后通过蓝宝石提拉轴1将籽晶7伸入保温腔413接触熔汤3而开始生长蓝宝石晶体10。

可以理解，为了便于在生长完成后取出蓝宝石晶体10，蓝宝石晶体生长炉最大可长出的蓝宝石晶体10与坩埚5侧壁之间留有间隙。为便于下文叙述，做出如下定义：蓝宝石晶体生长炉最大可长出的蓝宝石晶体10与坩埚5侧壁之间的间隙为非长晶区，蓝宝石晶体生长炉最大可长出的蓝宝石晶体10所占据的空间为长晶区。换言之，非长晶区位于长晶区和坩埚5侧壁之间且环绕长晶区，长晶区用于生长蓝宝石晶体10。

参阅图1并结合图2、图3，本发明提供的蓝宝石晶体生长炉还包括投料通道81，投料通道81依次贯穿炉盖21和保温盖411。在生长蓝宝石晶体10的过程中，坩埚5内的熔汤3被持续消耗，熔汤3的液面逐渐下降而在坩埚5内腾出一定的空间，这时可以通过投料通道81向该空间内投入氧化铝原料，氧化铝原料进入坩埚5后融化为熔汤3而参与蓝宝石晶体10的生长。换言之，参与生长蓝宝石晶体10的原料除了在蓝宝石晶体生长炉开机之前向坩埚5内加入的氧化铝原料，还有在生长蓝宝石晶体10的过程中通过投料通道81向坩埚5内投入补充的氧化铝原料，由于氧化铝原料增多，形成的熔汤3便增多，生长出来的蓝宝石晶体10的尺寸便增大。

值得一说的是，粉状的氧化铝原料投入坩埚5后覆盖在熔汤3表面，并且逐渐受热熔化而成为熔汤3的一部分。在该过程中，由于生长中的蓝宝石晶体10在旋转，坩埚5中的熔汤3会被蓝宝石晶体10搅动而发生旋转，这使得尚未熔化的氧化铝原料向坩埚5侧壁移动而远离蓝宝石晶体10，从而防止坩埚5内的氧化铝原料接触蓝宝石晶体10的表面而影响蓝宝石晶体10的生长品质。

参阅图1并结合图2、图3，蓝宝石晶体生长炉包括投料管82，投料管82穿设于投料通道81。投料管82具有进料口和出料口，进料口与炉体2外的空间连通。氧化铝原料从进料口进入投料管82，之后从出料口离开投料管82并下落而进入坩埚5内。优选地，出料口位于坩埚5内靠近坩埚5开口边缘处。

在一些实施例中，投料管82上设有进料阀，在向坩埚5内补充氧化铝原料的过程中，进料阀开启以允许氧化铝原料进入坩埚5；在其他情况下，进料阀关闭以将炉体2内的空间与炉体2外的空间隔绝。投料管82可以采用波纹管。

为了防止生长中的蓝宝石晶体10挡住氧化铝原料进入坩埚5的路线，也为了防止蓝宝石晶体10表面沾到氧化铝原料而影响蓝宝石晶体10的生长品质，投料管82所在的轴线位于长晶区外。换言之，氧化铝原料通过非长晶区进入坩埚5。

粉状的氧化铝原料包括尺寸较大的粉状颗粒和尺寸较小的粉状颗粒，其中尺寸较小的粉状颗粒在向坩埚5下落的过程中会形成扬尘，如果扬尘飘到生长中的蓝宝石晶体10表面会影响蓝宝石晶体10的生长品质。

氧化铝原料下落的距离越短，在下落过程中形成的扬尘便越少。在一些实施例中，投料管82可升降地穿设于投料通道81。由此，可以通过升降投料管82而改变投料管82的出料口与熔汤3液面的高度差，以使氧化铝原料在适当的位置离开投料管82并经过较短的距离落入坩埚5内，从而减少扬尘。具体地，在一些实施例中，投料管82卡接于投料通道81的壁，对投料管82施加外力便可以实现投料管82的升降。在另一些实施例中，投料管82与投料通道81的壁之间滑动连接并且滑动方向沿着蓝宝石晶体生长炉的高度方向。本发明对投料管82和投料通道81的壁之间的连接关系不作具体限定。

参阅图1并结合图2、图3，蓝宝石晶体生长炉还包括进气通道91，进气通道91依次贯穿炉盖21和保温盖411，进气管92位于坩埚5的上方并且进气管92的出气口朝向坩埚5，给进气管92通入气流可以在坩埚5内形成呈环形的环形风屏，图2和图3中的虚线代表环形风屏所在的位置。进气通道91的轴线与坩埚5中轴线之间的距离小于投料通道81的轴线与坩埚5中轴线之间的距离。由此，环形风屏可以将生长中的蓝宝石晶体10和下落的氧化铝原料所经过的区域（下文简称为“投料区”）隔开，从而防止扬尘飘到蓝宝石晶体10表面而影响蓝宝石晶体10的生长品质。

参阅图1并结合图2、图3，蓝宝石晶体生长炉包括进气管92，进气管92穿设于进气通道91。进气管92具有进气口和出气口，进气口与炉体2外的空间连通，出气口朝向坩埚5并与坩埚5内的空间连通。用于形成环形风屏的气体（例如氩气、氮气）从进气口进入进气管92，并从出气口离开进气管92并吹向坩埚5，从而形成环形风屏。在一些实施例中，进气管92可升降地穿设于进气通道91。由此，可以通过升降进气管92而改变出气口与熔汤3液面的高度差，以在适当的高度范围内形成环形风屏。具体地，在一些实施例中，进气管92卡接于进气通道91的壁，对进气管92施加外力便可以实现进气管92的升降。在另一些实施例中，进气管92与进气通道91的壁之间滑动连接并且滑动方向沿着蓝宝石晶体生长炉的高度方向。本发明对进气管92和进气通道91的壁之间的连接关系不作具体限定。

参阅图1并结合图2、图3，为便于形成环形风屏，进气通道91设有多个，多个进气通道91环绕保温板42设置。相应地，进气管92设有多个，多个进气管92环绕保温板42设置。

优选地，进气通道91设有多个，多个进气通道91环绕坩埚5中轴线圆周分布。相应地，多个进气管92以坩埚5中轴线为轴线圆周分布。示例性地，单个进气通道91在炉盖21和顶壁414上形成的开口可以呈圆形（如图2所示），也可以大致呈弧形（如图3所示）。

需要说明的是，首先，氧化铝原料的熔点为2050℃，换言之，熔汤3的温度为2050℃。熔汤3液面以上位置的温度在1700℃左右。在生长蓝宝石晶体的过程中，蓝宝石晶体生长炉会向外界排出惰性保护气体（例如氩气、氮气），排出的惰性保护气体具有一定的余热，大约为500℃-1000℃。可以回收这些惰性保护气体并将这些惰性保护气体加热至1600℃-1700℃，然后通过进气管92将这些惰性保护气体通入熔汤3液面上方区域以形成环形风屏。其中，进气管92可以为石英管。其次，在蓝宝石晶体生长过程中，需要有一定的温度差才能使蓝宝石晶体表面不断凝固，从而使蓝宝石晶体不断生长。这些惰性保护气体在向下不断靠近熔汤3液面的过程中，对蓝宝石晶体的生长位置起到一定的降温作用，有利于使蓝宝石晶体表面凝固而使蓝宝石晶体生长。此外，因为这些惰性保护气体已经被加热至接近熔汤3液面以上位置的温度，而且，这些惰性保护气体在不断靠近熔汤3的过程中，会被熔汤3继续加热，所以通入的这些惰性保护气体不会保温层41内热场造成较大影响。

可以理解，环形风屏是由进气管92出气口吹出的气流形成的，越靠近进气管92，环形风屏的风力越强。参阅图1至图3，沿着坩埚5的径向，进气通道91、投料通道81由内而外依次排布。当然，沿着坩埚5的径向，进气管92、投料管82也由内而外依次排布。这能使环形风屏风力最强处位于生长中的蓝宝石晶体10和投料区之间，以保证环形风屏将生长中的蓝宝石晶体10和下落的氧化铝原料充分隔开。

参阅图1、图4，环形风屏中的气流在到达熔汤3的液面后分为多股依次流出坩埚5和保温结构4，这多股气流分为两类：第一气流和第二气流。第一气流和第二气流的流动方向如图1和图4中黑色箭头所示。第一气流依次贴着熔汤3的液面和坩埚5侧壁流动，从而将扬尘带出坩埚5。氧化铝原料在熔化过程中会排出气态杂质，第一气流也能将这些气态杂质带出坩埚5。由此，可以避免扬尘和气态杂质长时间留在坩埚5内而意外突破环形风屏飘向生长中的蓝宝石晶体10。

第二气流依次贴着熔汤3的液面、蓝宝石晶体10表面、籽晶7表面和蓝宝石提拉轴1表面流动以在蓝宝石晶体10表面形成保护气膜，保护气膜能够防止杂质飘到蓝宝石晶体10表面而影响蓝宝石晶体10的生长质量。即使有部分扬尘和气态杂质突破环形风屏和保护气膜接触蓝宝石晶体10，这些扬尘和气态杂质也会在第二气流的持续吹动下被带出坩埚5和保温结构4。

参阅图1，保温层41具有第一出气通道416，第一出气通道416贯穿顶壁414。沿着坩埚5的径向，进气通道91、投料通道81、第一出气通道416由内而外依次排布。当然，沿着坩埚5的径向，进气管92、投料管82、第一出气通道416也由内而外依次排布。第一气流从第一出气通道416离开保温结构4，从而将扬尘和气态杂质排出至保温结构4外。

参阅图1，第一出气通道416与水平面之间的夹角为α，α满足：0°＜α＜90°。换言之，第一出气通道416倾斜地设置。这有利于增大第一出气通道416在顶壁414上形成的开口的面积，以便于第一气流及其携带的扬尘和气态杂质从第一出气通道416离开坩埚5和保温结构4。

参阅图1，炉壁22上设有第二出气通道221，沿着铅锤方向，第二出气通道221位于炉盖21和顶壁414之间。由此，从第一出气通道416出来的第一气流及其携带的扬尘和气态杂质可以通过第二出气通道221排出至炉体2外，第二气流从蓝宝石提拉轴1和顶壁414之间的间隙排出至保温结构4后也可以通过第二出气通道221排出至炉体2外。换言之，在图1所示实施例中，第一气流依次沿着熔汤3的液面、坩埚5侧壁、第一出气通道416和第二出气通道221流动，从而将扬尘和气态杂质带出炉体2；第二气流依次沿着熔汤3的液面、蓝宝石晶体10表面、籽晶7表面、蓝宝石提拉轴1表面、第二出气通道221流动。

参阅图1并结合图2、图3，投料通道81设有多个，多个投料通道81环绕坩埚5中轴线圆周分布。相应地，投料管82设有多个，多个投料管82以坩埚5中轴线为轴线圆周分布。这便于根据蓝宝石晶体10生长出来的形状开启远离蓝宝石晶体10的投料通道81和投料管82向坩埚5内补充氧化铝原料，从而降低扬尘飘到蓝宝石晶体10表面的可能性。而且，可以通过多个投料管82同时补充氧化铝原料，从而提高补充氧化铝原料的速度。

参阅图1，第一出气通道416设有多个，多个第一出气通道416以坩埚5中轴线为轴线圆周分布。这便于将分布于不同区域的扬尘和气态杂质排出至保温结构4外。

参阅图1，第二出气通道221设有多个，多个第二出气通道221以坩埚5中轴线为轴线圆周分布。这便于将第一出气通道416出来的第一气流及其携带的扬尘和气态杂质排出炉体2外。

在其他实施例中，多个进气通道91、多个进气管92、多个投料通道81、多个投料管82、多个第一出气通道416和多个第二出气通道221圆周分布的轴线也可以不是坩埚5中轴线，而是平行于坩埚5中轴线。

参阅图1，炉盖21上开设有第一通道，沿着铅锤方向，第一通道将炉盖21贯穿。蓝宝石提拉轴1穿设第一通道，以使籽晶7位于炉室23内，这样，在煮料完成后便能用位于炉室23内的籽晶7立即引晶。顶壁414上开设有第二通道，沿着铅锤方向，第二通道将顶壁414贯穿。在煮料阶段，蓝宝石提拉轴1位于保温结构4外，不穿过第二通道。在引晶阶段，再使蓝宝石提拉轴1下降并穿过第二通道，从而将籽晶7伸入保温腔413接触熔汤3而开始生长蓝宝石晶体10。

参阅图4，在一些实施例中，第一通道还沿着水平方向延伸而形成第一横移通道211，第二通道也沿着同一水平方向延伸而形成第二横移通道415。换言之，在图2所示实施例中，第一横移通道211为第一通道，第二横移通道415为第二通道，并且，第二横移通道415和第一横移通道211沿着同一水平方向延伸。由此，蓝宝石提拉轴1不仅能通过第一横移通道211和第二横移通道415升降，还能沿第一横移通道211和第二横移通道415所限定出的水平预设方向水平移动。一方面，可以将蓝宝石提拉轴1水平移动至偏离坩埚5中轴线的位置以使所携带的籽晶7进行偏心引晶，从而提高蓝宝石晶体10的生长质量。另一方面，可以在蓝宝石晶体10生长过程中逐渐使蓝宝石提拉轴1朝向坩埚5中轴线移动，以防止不断长大的蓝宝石晶体10接触坩埚5并充分利用坩埚5的空间生长出大尺寸的蓝宝石晶体10。

在图4所示实施例中，为了尽量减小第一横移通道211和第二横移通道415的尺寸以提高蓝宝石晶体生长炉的保温性能，第一横移通道211具有长度方向的第一端和第二端，在图4中，第一端和第二端分别为第一横移通道211的左端和右端。第二横移通道415具有长度方向的第三端和第四端，在图4中，第三端和第四端分别为第二横移通道415的左端和右端。第一端和第三端正对设置，第二端和第四端正对设置。为了最大程度地利用坩埚5内的空间生长蓝宝石晶体10，第二端和坩埚5中轴线满足：当蓝宝石提拉轴1位于第二端时，蓝宝石提拉轴1的轴线与坩埚5中轴线共线。

参阅图4并结合图5，保温结构4还包括保温板42，保温板42连接于顶壁414。在蓝宝石提拉轴1水平移动的过程中，保温板42始终将第二横移通道415的一部分盖住，从而减小保温层41与外界之间的连通口的大小。由此，在蓝宝石提拉轴1相对于坩埚5的水平移动过程中，可以降低保温层41内的热气通过第二横移通道415逸出和外界温度较低的气体通过第二横移通道415进入保温层41内的程度，从而减少蓝宝石提拉轴1的移动对保温层41内热场的影响，保证蓝宝石晶体10的生长质量。

参阅图4并结合图5，在一些实施例中，保温板42盖设于顶壁414且开设有避让通道421，避让通道421用于穿设蓝宝石提拉轴1。在引晶阶段，蓝宝石提拉轴1穿设于第一横移通道211、第二横移通道415和避让通道421。在蓝宝石提拉轴1水平移动的过程中，蓝宝石提拉轴1抵接避让通道421的壁以推动保温板42运动。

参阅图5，保温板42转动连接于顶壁414，蓝宝石提拉轴1在沿着第一横移通道211水平移动的同时推动保温板42转动。在保温板42转动的过程中，避让通道421和第二横移通道415在水平面内的正投影始终只有部分重叠且重叠部分覆盖蓝宝石提拉轴1在水平面内的正投影。换言之，在保温板42转动的过程中，保温板42始终将第二横移通道415的一部分盖住，这样能够减小保温层41与外界之间的连通口的大小，从而降低保温层41内的热气通过第二横移通道415逸出和外界温度较低的气体通过第二横移通道415进入保温层41内的程度，减少蓝宝石提拉轴1的水平移动对保温层41内热场的影响，保证蓝宝石晶体10的生长品质。而且，保温板42的运动形式为转动，这能减小保温板42在运动过程中所需占用的空间，节约蓝宝石晶体生长炉内的空间，使得蓝宝石晶体生长炉能够利用所节约的空间设置其他结构。

可以理解，在另一些实施例中，保温板42也可以是在顶壁414的下方转动连接于顶壁414。

在图4所示实施例中，保温板42为圆柱体，保温板42的转轴和自身的轴线重合。换言之，保温板42绕着自身的轴线转动。由此，保温板42在转动过程中所占用的空间不变，这有利于减小保温板42所需占用的空间，从而节约顶壁414表面的空间，而顶壁414表面节约出来的空间则可以用于设置进气管92、投料管82等结构。

当然，在其他实施例中，保温板42也可以为其他回转体，比如圆台体、圆盘体。

参阅图5，避让通道421呈弯曲状，第二横移通道415呈线段状。由此，在保温板42转动过程中，第二横移通道415只能有一部分与避让通道421连通。具体地，在图5所示实施例中，避让通道421呈圆弧状。在其他实施例中，避让通道421也可以呈椭圆弧状、抛物线状。本发明对避让通道421的形状不作具体限定。可以理解，在图4和图5所示实施例中，为了使保温板42尽量多地盖住第二横移通道415，保温板42的直径大于第二横移通道415的长度。

在保温板42转动过程中，第二横移通道415和避让通道421的连通位置的变化如图6至图12所示。在图6至图11中，保温板42逆时针转动（图6至图11中箭头所示方向）。为了简洁地示意第二横移通道415只有一部分与避让通道421连通，在图6至图12中将第二横移通道415简化为一段线段，将避让通道421简化为一段圆弧，图6至图12中的虚线圆代表避让通道421的两端的轨迹所在的圆。在图6至图12中，第二横移通道415和避让通道421只有两个交点或一个交点，换言之，在保温板42转动过程中，第二横移通道415和避让通道421只在两处位置或一处位置连通。

优选地，参阅图9，在第一实施例中，当蓝宝石提拉轴1（图中未示出）水平移动至第二横移通道415的中点时，蓝宝石提拉轴1位于避让通道421的曲中点；参阅图6，第二横移通道415具有第一起点(即图6至图12中第二横移通道415的左端)，避让通道421具有第二起点(即图6至图12中避让通道421的左端)，当蓝宝石提拉轴1（图中未示出）移动至第一起点时，蓝宝石提拉轴1位于避让通道421的第二起点；参阅图12，第二横移通道415具有第一终点(即图6至图12中第二横移通道415的右端)，避让通道421具有第二终点(即图6至图12中避让通道421的右端)，当蓝宝石提拉轴1（图中未示出）移动至第一终点时，蓝宝石提拉轴1位于避让通道421的第二终点。由此，可以充分利用避让通道421和第二横移通道415的每一处位置。

在图5所示实施例中，顶壁414上设有第一环形件，第一环形件上开设有环形凹槽417。保温板42上凸设有第二环形件（图中未示出），换言之，第二环形件为环状凸起。第二环形件与环形凹槽417滑动配合以形成转动连接。在另一些实施例中，保温板42位于顶壁414上方，第一环形件和第二环形件均为环形凸起，并且第一环形件和第二环形件中的一者贴合地套设于另一者而形成滑动配合，从而使保温板42转动连接于顶壁414。

第一环形件可以与顶壁414上其他部分固定连接或形成为一体，第二环形件可以与保温板42上其他部分固定连接或形成为一体。

可以理解，第一环形件和第二环形件的位置可以互换，即：第一环形件设于保温板42、第二环形件设于顶壁414。

在一些实施例中，保温板42上的避让通道421与蓝宝石提拉轴1仿形适配，但避让通道421的尺寸略大于蓝宝石提拉轴1的尺寸以便于蓝宝石提拉轴1升降。

在一些不需要在蓝宝石晶体10生长过程中向坩埚5内补充氧化铝原料的蓝宝石晶体生长炉中，保温板42可以与顶壁414贴合且形成滑动连接，滑动方向与蓝宝石提拉轴1的水平移动方向一致。蓝宝石提拉轴1在移动过程中推着保温板42水平滑动。在这些实施例中，沿着蓝宝石提拉轴1的水平移动方向，保温板42的尺寸大于第二横移通道415长度的两倍。由此，在蓝宝石提拉轴1水平移动过程中，保温板42始终能盖住第二横移通道415，从而降低保温层41内的热气通过第二横移通道415逸出和外界温度较低的气体通过第二横移通道415进入保温层41内的程度，进而减少蓝宝石提拉轴1的移动对保温层41内热场的影响，保证蓝宝石晶体10的生长质量。

在图1和图4所示实施例中，蓝宝石晶体生长炉包括环绕坩埚5设置的加热装置6，加热装置6工作时加热坩埚5以使坩埚5内的氧化铝原料熔化为熔汤3。保温层41包括保温盖411和保温筒412，保温盖411盖设于保温筒412而形成顶壁414，保温盖411和保温筒412共同围设形成保温腔413，坩埚5和加热装置6均位于保温腔413内。

可以理解，在图1和图4所示实施例中，保温层41可以视为上下拼接的分体式结构。在其他实施例中，保温层41可以设置为左右拼接的分体式结构。示例性地，保温层41被一道竖直设置的平面分成第一分体和第二分体。换言之，保温层41由第一分体和第二分体拼接而成，保温层41顶壁414的一部分和侧壁的一部分位于第一分体，保温层41顶壁414的另一部分和侧壁的另一部分位于第二分体。第一分体和第二分体之间可以通过螺纹连接或者卡接或者铆接的方式固定连接而组装成保温层41。在蓝宝石晶体10生长完成后，将第一分体和第二分体分离以取出蓝宝石晶体10。

本发明还提供一种蓝宝石晶体生长方法，该蓝宝石晶体生长方法用于上述的蓝宝石晶体生长炉以生长蓝宝石晶体10。该蓝宝石晶体生长方法包括如下步骤：

S100.在坩埚5内设置环形风屏；

S200.通过投料通道81在靠近坩埚5侧壁的位置向坩埚5内加入氧化铝原料；

S300.转动蓝宝石晶体10以使熔汤3旋转。

采用该蓝宝石晶体生长方法生长蓝宝石晶体10具有如下有益效果：可以在蓝宝石晶体10生长过程中向坩埚5内投入补充氧化铝原料，这样能够生长出更大尺寸的蓝宝石晶体10；设置环形风屏能够防止粉状的氧化铝原料形成的扬尘飘到生长中的蓝宝石晶体10表面而影响蓝宝石晶体10的生长品质；使熔汤3旋转则能使尚未熔化的氧化铝原料向坩埚5侧壁移动而远离蓝宝石晶体10，防止坩埚5内的氧化铝原料接触蓝宝石晶体10表面而影响蓝宝石晶体10的生长品质。

在一些实施例中，在步骤S100之前还包括如下步骤：S400.将蓝宝石提拉轴1移动至第一端以进行偏心引晶。由此，可以将蓝宝石提拉轴1移动至偏离坩埚5中轴线的第一端进行偏心引晶，以提高蓝宝石晶体10的生长品质。

在一些实施例中，在步骤S200中，通过投料通道81在坩埚5内沿着水平方向远离第一端的位置向坩埚5内加入氧化铝原料。由此，能够让下落的氧化铝原料尽量远离生长中的蓝宝石晶体10，有利于防止氧化铝原料飘到生长中的蓝宝石晶体10表面。

在一些实施例中，该蓝宝石晶体生长方法还包括如下步骤：S500.在蓝宝石晶体10生长过程中将蓝宝石提拉轴1朝向第二端移动以防止蓝宝石晶体10接触坩埚5。由此，可以防止不断长大的蓝宝石晶体10接触坩埚5并充分利用坩埚5的空间生长出大尺寸的蓝宝石晶体10。

在一些实施例中，在步骤S100中，使环形风屏在保温结构4内形成第一气流和第二气流，第一气流依次贴着熔汤3的液面和坩埚5侧壁流动以将扬尘和气态杂质带出坩埚5，从而避免扬尘和气态杂质长时间留在坩埚5内而意外突破环形风屏飘向生长中的蓝宝石晶体10。第二气流依次贴着熔汤3的液面、蓝宝石晶体10表面、籽晶7表面、蓝宝石提拉轴1表面流动以在蓝宝石晶体10表面形成保护气膜，保护气膜能够防止杂质飘到蓝宝石晶体10表面而影响蓝宝石晶体10的生长质量。即使有部分扬尘和气态杂质突破环形风屏和保护气膜接触蓝宝石晶体10，这些扬尘和气态杂质也会在第二气流的持续吹动下被带出坩埚5和保温结构4。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种蓝宝石晶体生长炉，其特征在于，包括：

炉体（2），包括炉盖（21）和炉壁（22），所述炉盖（21）和所述炉壁（22）围设形成炉室（23），所述炉盖（21）开设有第一横移通道（211）；

保温结构（4），位于所述炉室（23）内，具有顶壁（414）和保温腔（413），所述顶壁（414）开设有第二横移通道（415），所述第二横移通道（415）和所述第一横移通道（211）沿着同一水平方向延伸；

坩埚（5），位于所述保温腔（413）内，具有用于生长蓝宝石晶体的长晶区；

投料通道（81），依次贯穿所述炉盖（21）和所述顶壁（414），所述投料通道（81）所在的轴线位于所述长晶区外；及

蓝宝石提拉轴（1），依次穿设所述第一横移通道（211）和所述第二横移通道（415）。

2.根据权利要求1所述的蓝宝石晶体生长炉，其特征在于，所述第一横移通道（211）具有长度方向的第一端和第二端，所述第二横移通道（415）具有长度方向的第三端和第四端，所述第一端和所述第三端正对设置，所述第二端和所述第四端正对设置，当所述蓝宝石提拉轴（1）位于所述第二端时，所述蓝宝石提拉轴（1）的轴线与所述坩埚（5）中轴线共线。

3.根据权利要求1所述的蓝宝石晶体生长炉，其特征在于，所述蓝宝石晶体生长炉还包括进气通道（91），所述进气通道（91）依次贯穿所述炉盖（21）和所述顶壁（414），用于在所述坩埚（5）内形成环形风屏；所述进气通道（91）的轴线与所述坩埚（5）中轴线之间的距离小于所述投料通道（81）的轴线与所述坩埚（5）中轴线之间的距离。

4.根据权利要求3所述的蓝宝石晶体生长炉，其特征在于，沿着所述坩埚（5）的径向，所述进气通道（91）、所述投料通道（81）由内而外依次排布。

5.根据权利要求4所述的蓝宝石晶体生长炉，其特征在于，所述保温结构（4）还具有贯穿所述顶壁（414）的第一出气通道（416），沿着所述坩埚（5）的径向，所述进气通道（91）、所述投料通道（81）、所述第一出气通道（416）由内而外依次排布。

6.根据权利要求5所述的蓝宝石晶体生长炉，其特征在于，所述进气通道（91）设有多个，多个所述进气通道（91）圆周分布；及/或，

所述投料通道（81）设有多个，多个所述投料通道（81）圆周分布；及/或，

所述第一出气通道（416）设有多个，多个所述第一出气通道（416）圆周分布。

7.根据权利要求6所述的蓝宝石晶体生长炉，其特征在于，所述第一出气通道（416）与水平面之间的夹角为α，满足：0°＜α＜90°。

8.根据权利要求5所述的蓝宝石晶体生长炉，其特征在于，所述炉壁（22）上设有第二出气通道（221），沿着铅锤方向，所述第二出气通道（221）位于所述炉盖（21）和所述顶壁（414）之间。

9.一种蓝宝石晶体生长方法，用于权利要求1至权利要求8中任一项所述的蓝宝石晶体生长炉，其特征在于，包括步骤：

a.将蓝宝石提拉轴（1）移动至第一端；

b.在坩埚（5）内设置环形风屏；

c.通过投料通道（81）在坩埚（5）内沿着水平方向远离第一端的位置向坩埚（5）内加入氧化铝原料；

d.转动蓝宝石晶体以使熔汤（3）旋转；

e.在蓝宝石晶体生长过程中将蓝宝石提拉轴（1）朝向第二端移动以防止蓝宝石晶体接触坩埚（5）。

10.根据权利要求9所述的蓝宝石晶体生长方法，其特征在于，在步骤b中，使环形风屏在保温结构（4）内形成第一气流和第二气流，第一气流依次贴着熔汤（3）的液面和坩埚（5）侧壁流动以将扬尘和气态杂质带出坩埚（5），第二气流依次贴着熔汤（3）的液面、蓝宝石晶体表面、籽晶（7）表面、蓝宝石提拉轴（1）表面流动以在蓝宝石晶体表面形成保护气膜。