CN203923453U - 泡生法蓝宝石单晶炉保温结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种泡生法蓝宝石单晶炉保温结构。它包括上部保温结构、侧部保温结构和底部保温结构，上部保温结构是由圆形钼隔热屏及耐高温陶瓷或纤维层组成，侧部保温结构由三部分组成，最里层为底部有圆形通孔的内表面抛光旋压钼筒，内表面抛光旋压钼筒外为陶瓷或纤维保温筒，陶瓷或纤维保温层外为与里层结构相同、规格不同的钼筒，两层钼筒与陶瓷或纤维筒在侧部形成夹层结构。本实用新型能够增强泡生法蓝宝石单晶炉的保温效果，减小热量流失，进而达到节约能源、降低成本的目的。
Description
（一）技术领域
本实用新型涉及一种蓝宝石单晶炉保温结构，具体涉及一种改进的泡生法生长大尺寸蓝宝石单晶炉保温结构。
（二）背景技术
蓝宝石单晶具有优异的光学、力学、热学及化学等综合性能，被广泛应用于航空航天、军事与民用工业、电子技术等众多领域，是目前GaN蓝光LED外延衬底片的首选材料。商业化生长蓝宝石晶体的方法主要有泡生法、热交换法、提拉法、VHGF法等，其中泡生法因拥有综合的技术和成本优势，在市场上占据主导地位。
泡生法生长蓝宝石单晶对炉内温场要求非常严格，只有炉内温场合理、稳定，才有可能生长出高品质蓝宝石单晶。对于大尺寸蓝宝石单晶的生长来说，还要求热场在轴向能够形成足够大的温度梯度。因此，单晶炉的设计，尤其是热场的设计对于能否生长出高品质、大尺寸蓝宝石单晶非常重要。
热场主要受加热体、保温结构及冷却系统设计的影响。泡生法蓝宝石单晶炉的保温结构通常采用钼片做隔热屏，然而，使用几个工艺后经常因为破损或变形需要更换。若未及时更换，则会因某个方向热量流失过快而造成炉内温场不均匀，进而出现晶体粘埚或生长不稳定等现象。另外，保温效果不好及频繁更换隔热屏也会使晶体生产成本增加。
（三）发明内容
本实用新型提供一种能够使热场在轴向具备较大的温度梯度，形成适于生长高品质、大尺寸蓝宝石单晶热场结构的泡生法蓝宝石单晶炉保温结构。
本实用新型的目的是这样实现的：它包括上部保温结构、侧部保温结构和底部保温结构，上部保温结构是由圆形钼隔热屏及耐高温陶瓷或纤维层组成，侧部保温结构由三部分组成，最里层为底部有圆形通孔的内表面抛光旋压钼筒，内表面抛光旋压钼筒外为陶瓷或纤维保温筒，陶瓷或纤维保温层外为与里层结构相同、规格不同的钼筒，两层钼筒与陶瓷或纤维筒在侧部形成夹层结构。整个夹层结构外为数层等间距的钼筒隔热屏，最外层钼筒与炉体不锈钢桶之间为填充的氧化铝空心球；底部保温结构包括耐高温陶瓷或纤维保温结构、多层钼片隔热屏结构及最底层的氧化铝纤维砖结构，三层结构中心留有与支柱直径相匹配的圆形通孔。
本实用新型还有这样一些特征：
1、 所述的上部保温结构的顶部为钼片包围密封的陶瓷或纤维保温层，底部为5~10层圆形钼片隔热屏，通过不锈钢支架整体用钼螺栓和配套螺母连接固定，并在中心留有观察孔。
2、 所述的侧部保温结构中最里层内表面抛光旋压钼筒厚度为2~4mm，内表面抛光旋压钼筒外为一体或由4~8块厚度为15~40mm耐高温陶瓷或纤维材料拼接而成的保温筒，相邻耐高温陶瓷或纤维材料之间通过定位凹槽和突起固定，保温筒外部钼筒壁厚为0.5~2mm。用铆钉在顶部固定两层钼筒，形成夹层结构。
3、 所述的侧部保温结构中在夹层结构外为3~6层钼筒隔热屏，厚度为0.2~0.4mm，相邻钼筒层间用弧形钼片支撑。
4、 所述的底部保温结构中顶层的耐高温陶瓷或纤维材料保温层厚度为15~30mm，钼片隔热屏为10~15层。
本实用新型在前期授权专利号ZL200920100239.0与ZL201320222749.1中公布的冷心放肩微量提拉法（改进的泡生法）蓝宝石单晶生长炉结构的基础上，对蓝宝石单晶炉的保温结构进行改进，以便增强泡生法蓝宝石单晶炉的保温效果，减小热量流失，进而达到节约能源、降低成本的目的。同时，使热场在轴向具备较大的温度梯度，形成适于生长高品质、大尺寸蓝宝石单晶的热场结构。氧化锆、碳纤维、氧化镁等材料以其耐高温、导热系数小的特点，在高温隔热应用方面具有独特优势。
本实用新型的有益效果有：
1. 本实用新型的单晶炉保温结构中，侧部保温内层为内表面抛光旋压钼筒，因表面光洁度好，热辐射反射率高，减少了热量损失，进而降低了晶体生长的电耗成本。
2. 本实用新型的单晶炉保温结构中，侧部保温钼筒-耐高温陶瓷或纤维-钼筒的夹层设计隔热材料既可以利用耐高温陶瓷或纤维材料保温效果好的优势，又可以有效控制因陶瓷或纤维保温层纯度较低，高温下杂质挥发造成的污染。
3. 本实用新型的单晶炉保温结构中，旋压钼筒为半封闭结构，与传统侧隔热屏与下隔热屏相互独立设计来说，避免了由于钼屏变形使某个方向热量流失过快而造成炉内温场不均匀，进而出现晶体粘埚或生长不稳定等现象。
4. 本实用新型的单晶炉保温结构中，采用较厚的旋压钼桶与耐高温陶瓷或纤维保温层相结合的设计方式，可有效减少高温下保温材料的变形，既延长了保温材料的使用寿命，降低了生产成本，又保证了单晶炉的保温效果，使炉内温场稳定，利于生长出高品质蓝宝石单晶。
本实用新型热场保温结构整体设计合理，底部保温效果更好，有利于形成较大的轴向温度梯度，适于生长大尺寸蓝宝石单晶，且生长出的蓝宝石单晶内应力小。
（四）附图说明
图1为本实用新型结构示意图。
（五）具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的说明：
结合图1，本实施例结构包括上部、侧部、及底部保温结构。上部保温结构是由圆形钼隔热屏1及耐高温陶瓷或纤维层2组成，耐高温陶瓷或纤维层2为耐高温、导热系数小的陶瓷或纤维保温材料（如氧化锆纤维砖、碳毡、氧化镁陶瓷等），通过不锈钢支架3整体用钼螺栓和配套螺母连接固定。耐高温陶瓷或纤维层由两个钼片结构将耐高温陶瓷或纤维密封起来，该结构中心有生长过程用于观察的通孔；侧部保温结构壁由三部分组成，最里层为底部有圆形通孔14的内表面抛光旋压钼筒4，旋压钼筒外为耐高温陶瓷或纤维制成的保温筒层5，陶瓷或纤维保温层外为与里层结构相同、规格不同的钼筒6，两层钼筒与氧化锆纤维砖筒在侧部形成夹层结构。整个夹层结构外为数层等间距的钼筒隔热屏8，最外层钼筒9与炉体不锈钢桶之间为填充的氧化铝空心球10。底部保温结构中上面为耐高温陶瓷或纤维结构11，下面为多层钼片隔热屏结构12，耐高温陶瓷或纤维结构11与多层钼片隔热屏结构12处于内表面抛光旋压4与钼筒6之间，最底层为氧化铝纤维砖结构13，三层结构中心留有与支柱直径相匹配的圆形通孔14。
本实用新型也不仅限于图中结构，也可以将侧面与底部陶瓷或纤维保温层5和11直接置于内表面抛光旋压4与钼筒6之间，底部同样再依次为下隔热屏12及氧化铝纤维砖结构13。
Claims (5)
1.一种泡生法蓝宝石单晶炉保温结构，它包括上部保温结构、侧部保温结构和底部保温结构，其特征在于上部保温结构是由圆形钼隔热屏及耐高温陶瓷或纤维层组成，侧部保温结构由三部分组成，最里层为底部有圆形通孔的内表面抛光旋压钼筒，内表面抛光旋压钼筒外为陶瓷或纤维保温筒，陶瓷或纤维保温层外为与里层结构相同、规格不同的钼筒，两层钼筒与陶瓷或纤维筒在侧部形成夹层结构，整个夹层结构外为数层等间距的钼筒隔热屏，最外层钼筒与炉体不锈钢桶之间为填充的氧化铝空心球；底部保温结构包括耐高温陶瓷或纤维保温结构、多层钼片隔热屏结构及最底层的氧化铝纤维砖结构，三层结构中心留有与支柱直径相匹配的圆形通孔。
2.根据权利要求1所述的泡生法蓝宝石单晶炉保温结构，其特征在于所述的上部保温结构的顶部为钼片包围密封的陶瓷或纤维保温层，底部为5~10层圆形钼片隔热屏，通过不锈钢支架整体用钼螺栓和配套螺母连接固定，并在中心留有观察孔。
3.根据权利要求2所述的泡生法蓝宝石单晶炉保温结构，其特征在于所述的侧部保温结构中最里层内表面抛光旋压钼筒厚度为2~4mm，内表面抛光旋压钼筒外为一体或由4~8块厚度为15~40mm耐高温陶瓷或纤维材料拼接而成的保温筒，相邻耐高温陶瓷或纤维材料之间通过定位凹槽和突起固定，保温筒外部钼筒壁厚为0.5~2mm，用铆钉在顶部固定两层钼筒，形成夹层结构。
4.根据权利要求3所述的泡生法蓝宝石单晶炉保温结构，其特征在于所述的侧部保温结构中在夹层结构外为3~6层钼筒隔热屏，厚度为0.2~0.4mm，相邻钼筒层间用弧形钼片支撑。
5.根据权利要求4所述的泡生法蓝宝石单晶炉保温结构，其特征在于所述的底部保温结构中顶层的耐高温陶瓷或纤维材料保温层厚度为15~30mm，钼片隔热屏为10~15层。
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