CN204589378U - 一种方便调节温度梯度的蓝宝石单生长炉保温装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种方便调节温度梯度的蓝宝石单生长炉保温装置，包括上隔热屏、侧控温系统、下保温系统，侧控温系统的侧壁在高度方向上设置不同厚度，用于调整蓝宝石单生长炉内的温度梯度。本实用新型能轻松做到通过每个炉次生产出的晶体品质对保温系统进行适度调节，从而形成适合于大尺寸、高品质蓝宝石单晶生长的温场梯度，提高大尺寸晶体的品质；保温结构功能多元化、灵活性强、可调节，并可大幅度降低能耗；同时，可解决传统钨钼保温结构在高温环境下变形、使用寿命短、成本高等问题。

Description

一种方便调节温度梯度的蓝宝石单生长炉保温装置

技术领域

本实用新型涉及蓝宝石单晶生长技术领域，更具体地说，涉及一种方便调节温度梯度的蓝宝石单生长炉保温装置。

背景技术

蓝宝石硬度达到仅次于钻石的莫氏9级，抗冲击及全面抗刮擦能力超强；蓝宝石手机屏具有高的光学透过率，散射小，能呈现更加逼真的色彩和清晰光亮的镜面效果；而极高的灵敏性，比市面上其它保护膜的触控更灵敏精准，画面更流畅；蓝宝石高于普通玻璃2倍的抗辐射能力，有效降低电磁辐射对人体的辐射危险。蓝宝石凭借其以上特性，应用到智能手机相关领域(手机面板、Home键和Cover Lens保护片)，将是未来中高端智能手机市场发展的一个必然趋势。而成本高是蓝宝石取代玻璃作为保护材料应用于智能手机产业的最大瓶颈。蓝宝石生产成本的高低主要取决于大尺寸(百公斤级及以上)蓝宝石晶体的生长与规模化生产后产品成品率的稳定和提升。同时，智能手机对蓝宝石品质要求高，要求高透亮和轻薄。以5寸左右的蓝宝石手机屏为例，需要从80Kg级以上蓝宝石晶体取材，才能有效降低成本。而蓝宝石长晶环节技术壁垒高，能够生产大尺寸、高品质蓝宝石的企业较少，导致产能不足。

蓝宝石单晶生长炉结构合理是生长高品质、大尺寸蓝宝石单晶的前提条件。只有温场合理，才有可能有效控制晶体径向和轴向的温度梯度，生长出形状理想、内部缺陷少的高品质蓝宝石单晶。温场受加热系统、保温系统及冷却系统的综合影响。保温系统设计方面，既要保证一定的保温效果，又要求达到晶体生长所需的理想的温度梯度要求，同时要求对生长环境无污染。对于生长百公斤级以上大尺寸蓝宝石单晶来说，温场的轴向温度梯度相对要大，径向梯度相对要小，因此保温材料选择和结构设计尤为重要。

目前，蓝宝石单晶生长用保温系统大都采用多层耐高温金属板(如钨、钼等)。由于钨钼材料的特性，经过1400度以上的高温后，材料会发生二次结晶，材料变得很脆并且容易变形，需要经常更换，进而提高了生产成本；再者，保温材料的变形会导致整个温场的温度梯度发生改变，从而不再适合生长晶体。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种可以即时调节温度梯度，能轻松做到通过每个炉次生产出的晶体品质对保温系统进行适度调节的方便调节温度梯度的蓝宝石单生长炉保温装置。

本实用新型的技术方案如下：

一种方便调节温度梯度的蓝宝石单生长炉保温装置，包括上隔热屏、侧控温系统、下保温系统，侧控温系统的侧壁在高度方向上设置不同厚度，用于调整蓝宝石单生长炉内的温度梯度。

作为优选，侧控温系统包括钨桶、保温桶、调温桶、紧固桶，钨桶、保温桶、调温桶、紧固桶依次由内至外套装为一体。

作为优选，侧控温系统还包括保温盖板，保温盖板密封盖装于钨桶、保温桶、调温桶的上端面。

作为优选，调温桶包括若干层子壁，底部的若干层子壁厚度相同，调温桶上部包括若干层不同厚度的子壁。

作为优选，紧固桶与调温桶底部厚度相同的子壁等高，调温桶与紧固桶间均匀拼装有插片，插片与调温桶、紧固桶紧密配合。

作为优选，钨桶由若干钨片拼接而成，接缝处采用订书针式钨卡固定，每个钨卡旁通过若干钨铆钉加强固定，沿拼接方向固定有U形隔条，U形隔条高度与钨桶高度相同。

作为优选，上隔热屏包括上支撑片、上隔热层、中隔热层、下隔热层；上隔热层、中隔热层、下隔热层分别包括若干隔热板，由上直杆连接成一体；通过连接杆将独立的上隔热层、中隔热层、下隔热层，以及上支撑片连接成整体，连接杆上穿有U型隔条，置于上隔热层、中隔热层、下隔热层和上支撑片之间；

上隔热层、中隔热层、下隔热层的每层隔热板沿圆周均匀开设有至少1圈穿孔，每层隔热板通过穿孔连接上直杆，分别形成独立的上隔热层、中隔热层、下隔热层，每层隔热层之间与上直杆的两端均设置有U型隔条；

上支撑片以及上隔热层、中隔热层、下隔热层的每层隔热板沿圆周均匀开设有至少三个连接孔，连接杆穿设在连接孔上，将独立的上隔热层、中隔热层、下隔热层，以及上支撑片连接成整体，上隔热层、中隔热层、下隔热层和上支撑片之间与连接杆的两端均设置有U型隔条。

作为优选，上隔热层、中隔热层的每层隔热板的中心位置均设置有重叠开设的尺寸一致的圆形通孔及直角观察孔，下隔热层的每层隔热板的中心位置均设置有尺寸一致的下圆孔，下圆孔的直径大于圆形通孔、小于直角观察孔的端点到中心位置的距离。

作为优选，下保温系统包括依次由上至下设置的下隔热屏、中保温层、下支撑片、下保温层，下隔热屏、中保温层、下支撑片、下保温层中心位置开设有中心孔，中心孔用于穿设坩埚支柱；中保温层包括若干龟壳形拼接砖，拼接砖拼接形成中保温层。

作为优选，下保温层包括若干直径递增的支撑环、保温材料，支撑环间的间隔填充保温材料。

本实用新型的有益效果如下：

本实用新型提供一种可以即时调节温度梯度的保温系统，能轻松做到通过每个炉次生产出的晶体品质对保温系统进行适度调节，从而形成适合于大尺寸、高品质蓝宝石单晶生长的温场梯度，提高大尺寸晶体的品质；保温结构功能多元化、灵活性强、可调节，并可大幅度降低能耗；同时，可解决传统钨钼保温结构在高温环境下变形、使用寿命短、成本高等问题。

本实用新型通过调温桶在不同垂直高度上设置不同厚度或者不同高度，以调整炉内温度梯度，实现晶体生长界面微凸、接近平界面，大大提高了大尺寸蓝宝石晶体质量。再者，可以做到通过每个炉次生产出的晶体品质对保温系统进行适度调节，从而每炉次都形成适合于大尺寸、高品质蓝宝石单晶生长的温场梯度。

侧控温系统中采用保温桶加调温桶的结构，有效增强了炉内保温效果，减少电耗。更有利的是当单组长时间使用出现变形、开裂时，另一组可起到保护作用，不影响其整体温场结构和不破坏保温系统；最里层钨桶外壁安装有U型隔条形式的加强筋，有效地抑制了钨桶在高温下的变形，从而保证了温场温度分布的均匀性和稳定性；同时对其结构进行整理设计，这样对更换即方便又彻底，也对陶瓷或纤维砖保温桶的结构影响非常小。采用陶瓷或陶瓷纤维砖的保温盖板，对上端面进行密封保护，有效地抑制了热量的流失，从而保证本实用新型的稳定性，同时设计的盖板厚度不一，也可根据温场实际的保温效果进行放置厚度的调节，这样更有效地达到可调节的功能和想要的温梯效果。

上隔垫屏采用3组独立的隔热层结构，可单独对任一组隔热层进行更换，同时也可根据其结构对上隔热屏整体的厚度进行调节，既可以避免拆卸更换时损坏其他钨钼板材，大大降低了温场的耗材成本；还可以根据实际需要对上部保温效果方便有效的进行调节。上隔热层采用较厚钼板材、中隔热层采用较薄钼板材、下隔热层采用最厚钨板材，可保证上保温系统整体具有一定的结构强度，不仅延长了使用寿命，还能有效抑制因变形严重导致挥发物及杂质掉落至熔液影响原料纯度的现象。

下保温系统中耐高温陶瓷或纤维砖保温层形状设计独特，呈龟壳形，使用寿命高达提升3-4倍，很大程度上避免了陶瓷或纤维砖在高温下长时间使用发生变形、易开裂等问题。同时，下层采用高纯氧化铝空心球填充，更大程度增加了底部的保温效果，有效避免了不锈钢炉膛底部通过冷却水直接带走大量热量的问题。

附图说明

图1是本实用新型的结构剖视图；

图中：11是钨桶，12是保温桶，13是调温桶，131是子壁，14是紧固桶，15保温盖板，21是支撑片，22是上隔热层，23是中隔热层，24是下隔热层，25是连接杆，31是下隔热屏，32是中保温层，33是下支撑片，34是下保温层，35是中心孔，36是支撑环，37是保温材料。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本实用新型进行进一步的详细说明。

如图1所示的方便调节温度梯度的蓝宝石单生长炉保温装置，包括上隔热屏、侧控温系统、下保温系统，侧控温系统的侧壁在高度方向上设置不同厚度，用于调整蓝宝石单生长炉内的温度梯度。

侧控温系统包括钨桶11、保温桶12、调温桶13、紧固桶14，钨桶11、保温桶12、调温桶13、紧固桶14依次由内至外套装为一体。侧控温系统还包括保温盖板15，保温盖板15密封盖装于钨桶11、保温桶12、调温桶13的上端面。其中，调温桶13包括若干层子壁131，底部的若干层子壁131厚度相同，调温桶13上部包括若干层不同厚度的子壁131。紧固桶14与调温桶13底部厚度相同的子壁131等高，调温桶13与紧固桶14间均匀拼装有插片，插片与调温桶13、紧固桶14紧密配合。钨桶11由若干钨片拼接而成，接缝处采用订书针式钨卡固定，每个钨卡旁通过若干钨铆钉加强固定，沿拼接方向固定有U形隔条，U形隔条高度与钨桶11高度相同。

本实施例中，侧控温系统最里层的钨桶11由厚度2～3mm的钨片拼接而成，接缝处由订书针式钨卡固定，每个钨卡旁用4～8枚头部约2～3mm的钨铆钉加强固定，沿拼接方向固定有8～16等分的宽5～8mm的U形隔条，U形隔条高度与钨桶11高度相同。

侧控温系统中部包括保温桶12和调温桶13，均为陶瓷或纤维砖保温桶12。靠近钨桶11的保温桶12由厚度15～20mm、高度方向4～10等分、圆周方向6～10等分的高温陶瓷或纤维砖拼接而成。调温桶13由厚度50～60mm、高度方向6～12等分、圆周方向5～8等分的高温陶瓷或纤维砖拼接而成。保温桶12和调温桶13之间通过定位凹槽和突起进行固定。调温桶13下部2～3层陶瓷或纤维砖厚度相同，在其上的部分厚度递减。调温桶13的侧壁在不同垂直高度上具有不同厚度，可根据实际温场需要调整。

侧控温系统最外层的紧固桶14为钼桶，由厚度0.5～2mm的钼片拼接而成，拼接方式如钨桶11。调温桶13与钼桶间隙处沿圆周方向12等分插有厚0.5～1mm、宽15～20mm的钼插片，使钼桶与调温桶13及保温桶12紧密匹配。

保温盖板15为2～3组厚度10～25mm、圆周方向6～8等分的陶瓷盖板。

上隔热屏包括上支撑片21、上隔热层22、中隔热层23、下隔热层24；上隔热层22、中隔热层23、下隔热层24分别包括若干隔热板，由直杆连接成一体，使得上隔热层22、中隔热层23、下隔热层24分别形成独立的部件。

上隔热层22、中隔热层23、下隔热层24的每层隔热板沿圆周均匀开设有至少1圈穿孔，每层隔热板通过穿孔连接直杆，分别形成独立的上隔热层22、中隔热层23、下隔热层24，每层隔热层之间与直杆的两端均设置有U型隔条，采用U型隔条代替传统小型钼块或钼垫圈，支撑强度好，同时拆卸方便。本实施例中，上隔热层22、中隔热层23和下隔热层24的每层隔热板沿圆周均开有1-3圈穿孔，每圈穿孔的个数为4-个。

通过连接杆25将独立的上隔热层22、中隔热层23、下隔热层24，以及上支撑片21连接成整体，连接杆25上穿有U型隔条，置于上隔热层22、中隔热层23、下隔热层24和上支撑片21之间。对上隔热层22、中隔热层23、下隔热层24的高度进行调节较为方便。

上支撑片21以及上隔热层22、中隔热层23、下隔热层24的每层隔热板沿圆周均匀开设有至少三个连接孔，连接杆25穿设在连接孔上，将独立的上隔热层22、中隔热层23、下隔热层24，以及上支撑片21连接成整体，上隔热层22、中隔热层23、下隔热层24和上支撑片21之间与连接杆25的两端均设置有U型隔条，使某一隔热板全方位的得到了支撑，不易下塌，可以保持稳定的间距将使装有上隔热屏的热场区域温度分布均匀，同时也能达到我们热场设计的理想效果。本实施例中，上支撑片21、上隔热层22、中隔热层23、下隔热层24沿圆周均匀开设有3-6个孔。

上隔热层22、中隔热层23的每层隔热板的中心位置均设置有重叠开设的尺寸一致的圆形通孔及直角观察孔，便于观察。下隔热层24的每层隔热板的中心位置均设置有尺寸一致的下圆孔，可降低隔热屏的变形程度，同时保证晶体生长温度梯度均匀性。下圆孔的直径大于圆形通孔、小于直角观察孔的端点到中心位置的距离。

下保温系统包括依次由上至下设置的下隔热屏31、中保温层32、下支撑片33、下保温层34，下隔热屏31、中保温层32、下支撑片33、下保温层34中心位置开设有中心孔35，中心孔35用于穿设坩埚支柱；中保温层32包括若干龟壳形拼接砖，拼接砖拼接形成中保温层32。下保温层34包括若干直径递增的支撑环36、保温材料37，支撑环36间的间隔填充保温材料37。

本实施例中，下保温系统分为三层：下隔热屏31为由多层钨片、钼片组成的金属隔热屏，中保温层32由耐高温陶瓷或纤维砖制成，中保温层32下表面支撑有支撑环36，一定颗粒大小的高纯氧化铝空心球的填充在支撑环36间，形成下保温层34。三层结构中心留有与坩埚支柱直径相匹配的圆形中心孔35。具体的，下隔热屏31由从下到上3～5层0.5～1mm厚的钼片、1～2层1～2mm厚的钨片组成，片上开有圆形中心孔35，片间用钼杆和配套钼螺母连接固定。中保温层32由厚度40～60mm的龟壳形陶瓷或纤维砖拼接而成，圆周方向15～20等分。下保温层34的保温材料37由纯度4N、直径2～3mm的高纯氧化铝空心球保温材料37填充组成。下保温层34与中保温层32中间设有的下支撑片33为1～2片厚度2～3mm的高温钼片。

上述实施例仅是用来说明本实用新型，而并非用作对本实用新型的限定。只要是依据本实用新型的技术实质，对上述实施例进行变化、变型等都将落在本实用新型的权利要求的范围内。

Claims (9)

1.一种方便调节温度梯度的蓝宝石单生长炉保温装置，包括上隔热屏、侧控温系统、下保温系统，其特征在于，侧控温系统的侧壁在高度方向上设置不同厚度或不同高度，用于调整蓝宝石单生长炉内的温度梯度；侧控温系统包括钨桶、保温桶、调温桶、紧固桶，钨桶、保温桶、调温桶、紧固桶依次由内至外套装为一体。

2.根据权利要求1所述的方便调节温度梯度的蓝宝石单生长炉保温装置，其特征在于，侧控温系统还包括保温盖板，保温盖板密封盖装于钨桶、保温桶、调温桶的上端面。

3.根据权利要求1所述的方便调节温度梯度的蓝宝石单生长炉保温装置，其特征在于，调温桶包括若干层子壁，底部的若干层子壁厚度相同，调温桶上部包括若干层不同厚度的子壁。

4.根据权利要求3所述的方便调节温度梯度的蓝宝石单生长炉保温装置，其特征在于，紧固桶与调温桶底部厚度相同的子壁等高，调温桶与紧固桶间均匀拼装有插片，插片与调温桶、紧固桶紧密配合。

5.根据权利要求1所述的方便调节温度梯度的蓝宝石单生长炉保温装置，其特征在于，钨桶由若干钨片拼接而成，接缝处采用订书针式钨卡固定，每个钨卡旁通过若干钨铆钉加强固定，沿拼接方向固定有U形隔条，U形隔条高度与钨桶高度相同。

6.根据权利要求1所述的方便调节温度梯度的蓝宝石单生长炉保温装置，其特征在于，上隔热屏包括上支撑片、上隔热层、中隔热层、下隔热层；上隔热层、中隔热层、下隔热层分别包括若干隔热板，由上直杆连接成一体；通过连接杆将独立的上隔热层、中隔热层、下隔热层，以及上支撑片连接成整体，连接杆上穿有U型隔条，置于上隔热层、中隔热层、下隔热层和上支撑片之间；

上隔热层、中隔热层、下隔热层的每层隔热板沿圆周均匀开设有至少1圈穿孔，每层隔热板通过穿孔连接上直杆，分别形成独立的上隔热层、中隔热层、下隔热层，每层隔热层之间与上直杆的两端均设置有U型隔条；

上支撑片以及上隔热层、中隔热层、下隔热层的每层隔热板沿圆周均匀开设有至少三个连接孔，连接杆穿设在连接孔上，将独立的上隔热层、中隔热层、下隔热层，以及上支撑片连接成整体，上隔热层、中隔热层、下隔热层和上支撑片之间与连接杆的两端均设置有U型 隔条。

7.根据权利要求6所述的方便调节温度梯度的蓝宝石单生长炉保温装置，其特征在于，上隔热层、中隔热层的每层隔热板的中心位置均设置有重叠开设的尺寸一致的圆形通孔及直角观察孔，下隔热层的每层隔热板的中心位置均设置有尺寸一致的下圆孔，下圆孔的直径大于圆形通孔、小于直角观察孔的端点到中心位置的距离。

8.根据权利要求1所述的方便调节温度梯度的蓝宝石单生长炉保温装置，其特征在于，下保温系统包括依次由上至下设置的下隔热屏、中保温层、下支撑片、下保温层，下隔热屏、中保温层、下支撑片、下保温层中心位置开设有中心孔，中心孔用于穿设坩埚支柱；中保温层包括若干龟壳形拼接砖，拼接砖拼接形成中保温层。

9.根据权利要求8所述的方便调节温度梯度的蓝宝石单生长炉保温装置，其特征在于，下保温层包括若干直径递增的支撑环、保温材料，支撑环间的间隔填充保温材料。