CN202214452U - 一种蓝宝石单晶炉用的分体嵌套式圆筒形隔热屏 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种蓝宝石单晶炉用的分体嵌套式圆筒形隔热屏，它由同轴心、不同直径的两个或两个以上的圆筒形热屏嵌套而成。嵌套的每个热屏由同轴心的两层或多层金属薄壁圆筒组成；每层圆筒由高熔点的延性金属薄板卷制而成，所用金属薄板通常为轧制钼板。本实用新型的技术效果在于，在保障炉膛热场温度均匀性及热能利用率的前提下，大大降低了设备的耗材成本。当热屏出现损坏时，只需要更换损坏的部分；并且，最内层热屏还可用来取代传统的烧结态钨屏，而成本只有钨屏的1/5左右。

Description

一种蓝宝石单晶炉用的分体嵌套式圆筒形隔热屏
技术领域
本实用新型涉及晶体生长领域的一种隔热屏，特别涉及一种蓝宝石单晶炉用的分体嵌套式圆筒形隔热屏。
背景技术
隔热屏(简称热屏)是蓝宝石单晶炉的隔热保温结构，其作用是保障炉膛热场的温度均匀性和提高热能利用率。由于蓝宝石单晶体生长的热场温度超过2000℃，在这样的高温下，隔热屏要有较好的耐热性能及强度，同时，环境气氛要纯净，不能有影响产品质量的挥发物，这对隔热屏性能提出了甚为苛刻的要求。
蓝宝石单晶炉的常用的热屏系统有两类，一类为石墨型，因其存在炭原子挥发进入蓝宝石的问题，现趋于淘汰；另一类为钨钼型，通常由钨质圆筒和多层薄壁钼圆筒两部分组成，在发热笼(即鸟笼状发热体)外是一厚实的钨质圆筒(壁厚≥10mm)，钨筒外则是一个由多层(通常为15～20层)薄壁钼圆筒(单层壁厚通常为0.5mm左右)构成的钼质热屏。钨筒为烧结态坯体经车加工而成；钼热屏是由多个薄壁钼圆筒组装的，而各层钼圆筒则是由轧制钼片经拼接、滚圆、铆接而成。
蓝宝石单晶炉的生产成本集中于炉芯的钨钼组件，而这些钨钼组件正是这类单晶炉的易耗件，其使用寿命通常只有8个月左右。在老的设计思路下，近20层钼筒组合在一起构成一个热屏，一旦出现部分损坏，整个热屏都要更换。降低这些组件的钨钼材料消耗量、减小其更换频率，是降低蓝宝石单晶炉生产成本的重要途径
发明内容
为了解决现有隔热屏使用寿命短、损坏后需整体更换而导致生产成本过高的技术问题，本实用新型提供一种工艺简单、性能优异，在保障炉膛热场温度均匀性及热能利用率的前提下，大幅度降低设备的耗材成本的蓝宝石单晶炉用的分体嵌套式圆筒形隔热屏。
为了实现上述技术目的，本实用新型的技术方案是，一种蓝宝石单晶炉用的分体嵌套式圆筒形隔热屏，是由同轴心、不同直径的至少两个圆筒形的热屏构成，所述的热屏由同轴心的至少两层圆筒构成，所述的圆筒由高熔点的延性金属板材卷制而成。
所述的一种蓝宝石单晶炉用的分体嵌套式圆筒形隔热屏，所述的热屏数量为2～10个，所述的构成单个热屏的圆筒的层数为2～30层；所述的各个热屏相互独立并嵌套组成隔热屏，所述的同一热屏的各层圆筒间以高熔点金属制作的铆钉或螺栓固联。
所述的一种蓝宝石单晶炉用的分体嵌套式圆筒形隔热屏，所述的用于卷制圆筒的金属板材为整块板材或多块板拼接而成的板材，所述的金属板材通常为轧制钼板，但不限于轧制钼板；所述的板材厚度为0.1～5mm；用来卷制圆筒的板材的厚度，可以全部相同，也可以厚薄不一。
采用拼接板时，既可以纵向(热屏轴线方向)拼接，也可以横向(热屏径向)拼接，还可以采用混合拼接：部分层次纵向，部分层次横向；混合拼接法更利用于热屏的高温强度。不论哪种拼接方式，一般都要求接缝错位。
所述的一种蓝宝石单晶炉用的分体嵌套式圆筒形隔热屏，所述的轧制钼板为纯钼板或稀土型掺杂钼板或硅-铝-钾型掺杂钼板，稀土型掺杂钼的稀土氧化物含量(重量百分比)在0.1～5.0％之间，硅-铝-钾型掺杂钼的钾含量在50～1000ppm之间。
所述的一种蓝宝石单晶炉用的分体嵌套式圆筒形隔热屏，所述的构成单个热屏的各层圆筒间为紧贴固定或者留有间隙，所述的间隙为0.1～50mm，同一个热屏各层圆筒的层间距既可均匀等距，也可按一定规律，比如从里到外依次梯增的方式分布。
所述的一种蓝宝石单晶炉用的分体嵌套式圆筒形隔热屏，所述的构成单个热屏的各层圆筒的间隙内设有起架空和固定作用的间隔层，所述的间隔层由钼片制成，所述的钼片为压成波浪形的长条钼片。
所述的一种蓝宝石单晶炉用的分体嵌套式圆筒形隔热屏，所述的钼片为压成正弦波或齿形波或V形波或方波的长条钼片，所述的正弦波或齿形波或V形波或方波的波纹方向是沿长条钼片的长度方向或垂直于长度方向或与长度方向有一定角度。波纹的高度等于间隔层空间的厚度，将其填充于两层圆筒之间，起架空和固定作用。当层间距小于3mm时，用作间隔层的金属片也可不压波纹，直接根据间距大小选择金属片的厚度。
制作同一热屏的各层圆筒间用于固联的铆钉或螺栓的高熔点金属材料通常采用钼杆，但不限于钼杆。杆材直径在Φ1.0mm～10.0mm之间。
本实用新型可由三个或三个以上的热屏组成一套，最里层钼屏用来取代原来的实体钨筒，外层由两个或两个以上的热屏来取代原来的整体热屏；也可以保留实体钨筒不变，只将外面原来的整体热屏分为两个或两个以上；或者只用取代钨筒的最里层钼屏，而外层那15～20层的整体热屏不变。在具体应用中，以上三种方案可任选其一。
本实用新型的技术效果在于，其一，用轧制钼板制作成内层钼热屏，用以取代烧结态实体钨筒。这一个钼质热屏为本实用新型所述的分体嵌套式热屏的最里面的一个热屏。由于里层的温度高于外层，故这一个热屏要求采用比外层热屏更厚的钼板，通常用1～2mm厚的轧制钼板制作；同时，因温度的关系，这两层钼筒之间以不留间隔层架空、而是紧贴在一起效果更好。由于一个内径Φ350mm、高720mm、厚度10mm的钨筒，重量约150kg，按目前市价计算，价值达10万元左右；而本实用新型的内热屏重量只有大约35kg，按目前市价计算，价值仅2万元左右，两者价值悬殊而使用效果相当。
其二，将原来套在钨筒外的多达15～20层的钼热屏拆分为几部分，每一部分为一个独立的热屏，并对热屏的结构进行了改进。在老的设计思路下，近20层钼筒组合在一起构成一个热屏，一旦出现部分损坏，整个热屏都要更换。而实际应用过程中，由于温度梯度的因素，内层的钼筒总是先于外层钼筒损坏。如果将其拆分为2～3部分，那么，哪一部分损坏更换哪一部分就行了。由于温度梯度的原因，容易坏的一般是靠里面的中层，一般说来，外层热屏的使用寿命不低于中层热屏的两倍，这样，换两次中层热屏便可省下一个外层热屏，而外层热屏重量约65kg，按目前市价计算，价值4万元左右。
故采用本实用新型方案，一台蓝宝石单晶炉一年节省热屏费用10万元左右，以一个厂家拥有100台炉子计，一年的生产成本可节约1000万元，其经济效益十分可观。
下面结合附图对本发明作进一步说明。
附图说明
图1为本实用新型实施例的结构示意图；
图2为本实用新型实施例的俯视图；
图3为本实用新型实施例的俯视放大图；
图4为A部放大图；
其中，1为第一热屏，2为第二热屏，3为第三热屏，4为钼筒，5为间隔层，6为铆钉。
具体实施方式
参见图1、图2、图3、图4，图中展示了本实用新型一个实施例的结构。该隔热屏为三重嵌套式，从里到外由第一热屏1、第二热屏2、第三热屏3三个热屏嵌套而成，所用高熔点金属材料为钼，各层金属圆筒皆为轧制钼板卷成，铆钉6为钼杆制作。
最里的第一热屏1为两层钼筒4组成，两层钼筒4都是用厚度为2.0mm的钼板在卷板机上卷成，采用横向拼接，即每个钼筒4由上下两节拼成，两层钼筒4之间紧贴，不留间隔层5，采取接缝错位的办法，以Φ2.0～3.0mm的钼杆做的铆钉6固定。紧贴组装的接缝错位的具体做法为：纵向上通过组装时外层钼筒相对内层转动一定角度(通常为1800)即可；横向接缝的错位则以上下两节高度差来实现，比如，内层钼筒的上半节高400mm、下半节高300mm，而外层则刚好相反，这样，内外两层的横向接缝就错开了。
中间的第二热屏2为5层钼圆筒组成，所用钼板厚度为0.5mm，采用纵向拼接，即将两块或两块以上的钼板并列，相邻预留20mm左右的重叠区，拼凑出所需要的长度和宽度，然后在重叠区钻孔，用钼铆钉6铆合，再卷成圆筒并铆合。组装时，先将5个钼筒4嵌套起来，在各层之间插入事先压好的波浪条，最后波浪条的上下两侧钻孔，并用钼铆钉6固定。
本实施例中波浪条为用一对齿轮压出来的，所用钼片厚度为0.5mm、宽度为30mm，压出的波浪高度为4.5mm～5.0mm。
外面的第三热屏3为10层钼筒4组成，所用钼板、间隔层5、铆钉6，及其制作方法等，都与“第二热屏2”一样，仅仅是层次多一些而已。
参见图4，其中详细展示了间隔层5的结构，以及怎样通过铆钉6固联。图3中显示的波浪条位置是比较特殊的，相邻两层的波浪条正好是波峰对波峰，实际生产过程中很难、也无需做到这一点。
本实施例中各部件的主要尺寸：第一热屏1、第二热屏2、第三热屏3的高度都是720mm；第一热屏1的内径为Φ350mm、外径Φ360mm，第二热屏2的内径为Φ380mm、外径Φ420mm，第三热屏3的内径为Φ440mm、外径Φ530mm；第二热屏2、第三热屏3从内到外各层均匀等距，层间距为4.5mm，加上钼筒4本身的厚度0.5mm，每层的直径增加10mm。

Claims (8)

1.一种蓝宝石单晶炉用的分体嵌套式圆筒形隔热屏，其特征在于，是由同轴心、不同直径的至少两个圆筒形的热屏构成，所述的热屏由同轴心的至少两层圆筒构成，所述的圆筒由高熔点的延性金属板材卷制而成。
2.根据权利要求1所述的一种蓝宝石单晶炉用的分体嵌套式圆筒形隔热屏，其特征在于，所述的热屏数量为2～10个，所述的构成单个热屏的圆筒的层数为2～30层；所述的各个热屏相互独立并嵌套组成隔热屏，所述的同一热屏的各层圆筒间以高熔点金属制作的铆钉或螺栓固联。
3.根据权利要求1所述的一种蓝宝石单晶炉用的分体嵌套式圆筒形隔热屏，其特征在于，所述的用于卷制圆筒的金属板材为整块板材或多块板拼接而成的板材，所述的金属板材为轧制钼板，所述的板材厚度为0.1～5mm。
4.根据权利要求3所述的一种蓝宝石单晶炉用的分体嵌套式圆筒形隔热屏，其特征在于，所述的轧制钼板为纯钼板或稀土型掺杂钼板或硅-铝-钾型掺杂钼板。
5.根据权利要求1所述的一种蓝宝石单晶炉用的分体嵌套式圆筒形隔热屏，其特征在于，所述的构成单个热屏的各层圆筒间为紧贴固定。
6.根据权利要求1所述的一种蓝宝石单晶炉用的分体嵌套式圆筒形隔热屏，其特征在于，所述的构成单个热屏的各层圆筒间留有间隙，所述的间隙为0.1～50mm。
7.根据权利要求6所述的一种蓝宝石单晶炉用的分体嵌套式圆筒形隔热屏，其特征在于，所述的构成单个热屏的各层圆筒的间隙内设有起架空和固定作用的间隔层，所述的间隔层由钼片制成，所述的钼片为压成波浪形的长条钼片。
8.根据权利要求7所述的一种蓝宝石单晶炉用的分体嵌套式圆筒形隔热屏，其特征在于，所述的钼片为压成正弦波或齿形波或V形波或方波的长条钼片，所述的正弦波或齿形波或V形波或方波的波纹方向是沿长条钼片的长度方向或垂直于长度方向或与长度方向有一定角度。
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