CN213327935U

CN213327935U - 一种蓝宝石生长炉用导流系统

Info

Publication number: CN213327935U
Application number: CN202021742615.9U
Authority: CN
Inventors: 徐永亮; 那木吉拉图; 于海群; 姜恒; 汪海波
Original assignee: Inner Mongolia Evergreat Crystal Material Co ltd
Current assignee: Inner Mongolia Evergreat Crystal Material Co ltd
Priority date: 2020-08-19
Filing date: 2020-08-19
Publication date: 2021-06-01
Anticipated expiration: 2030-08-19

Abstract

本实用新型涉及一种蓝宝石生长炉用导流系统，包括坩埚、上保温层、侧保温层、底保温层、籽晶杆、保温件和支撑块。上保温层、侧保温层和下保温层形成具有空心部的圆柱形，坩埚位于空心部内，上保温层具有与空心部相连通的上保温中心孔，上保温中心孔呈上宽下窄的喇叭形，保温件呈锥形，保温件具有过孔，籽晶杆贯穿过孔设置，支撑块支撑在保温件远端与上保温层外壁之间，上保温中心孔的内壁与保温件之间形成挥发物导流通道。本实用新型可降低挥发物掉落坩埚的总量，以提高晶体纯度；降低挥发物掉落导致的晶体内部多晶、气泡、云雾等缺陷的产生几率；降低挥发物掉落进内部系统的几率，同时，不影响通过气流冷却籽晶杆的冷却量。

Description

一种蓝宝石生长炉用导流系统

技术领域

本申请涉及泡生法制备蓝宝石晶体技术领域，尤其涉及一种蓝宝石生长炉用导流系统。

背景技术

蓝宝石单晶制备的发展伴随着蓝宝石单晶生长方法的发展和改进，经过数十年来的发展，制备蓝宝石单晶的技术日趋成熟，其中适合生长大尺寸蓝宝石单晶的生长技术主要有热交换法(HEM)、泡生法(Kyropolos)、水平定向凝固法(HDC)、梯度凝固法(GSM)和温度梯度法(TGT)。目前蓝宝石最广泛采用的是泡生法，晶体总产能占所有方法的95％。泡生法以保温材料不同可以分为钨钼系统热场、氧化锆系统热场、石墨系统热场等三类。

采用石墨热场(石墨加热器及石墨保温结构)生长蓝宝石晶体的过程中，高温区域处石墨加热器及石墨保温层中的挥发份会从其中溢出，并在低温区域处(上保温及上炉盖等位置)产生二次沉积形成挥发物。挥发物沉积到一定厚度后，由于长晶过程中的温度变化导致上炉盖上的部分沉积物脱落至上保温的上部。而传统设计的上保温中心孔直径较大，约70～100mm，主要作用有两个：一为籽晶杆穿过圆孔做上下运动及旋转运动；二为长晶过程中所必要的冷心提供冷却作用以形成长晶梯度。其中籽晶杆直径约40～45mm，籽晶杆与上保温形成的间隙约15～30mm；由于上保温存在较大的中心孔间隙，挥发物经由此孔掉入坩埚内，造成蓝宝石熔液的二次污染污染，使晶体呈现红色或淡红色，更严重者直接造成长晶失败。

蓝宝石石墨系统热场中由于保温系统中心温度高于外部温度，由于温差的作用，从系统内部至上炉盖方向产生热气流，此气流将晶体生长过程产生的氧化铝蒸汽，石墨保温材料中的挥发份经上保温中心孔(缝隙)输运至炉顶处并产生沉积。沉积物累积到一定厚度后由于热对流的不断冲刷，上炉盖处沉积的挥发物经上保温中心孔(缝隙)掉入坩埚内，造成污染，甚至长晶失败。

实用新型内容

本申请提供了一种蓝宝石生长炉用导流系统，以解决氧化铝蒸汽，石墨保温材料中的挥发份经上保温中心孔输运至炉顶处并产生沉积，沉积物累积到一定厚度后由于热对流的不断冲刷，上炉盖处沉积的挥发物经上保温中心孔掉入坩埚内，造成污染的问题。

本申请采用的技术方案如下：

本实用新型提供了一种蓝宝石生长炉用导流系统，包括坩埚、上保温层、侧保温层、底保温层和籽晶杆，所述上保温层、所述侧保温层和所述底保温层形成具有空心部的圆柱形，所述坩埚位于所述空心部内，所述上保温层具有与所述空心部相连通的上保温中心孔，还包括保温件和支撑块，

所述上保温中心孔呈上宽下窄的喇叭形，

所述保温件呈锥形，所述保温件具有过孔，所述籽晶杆贯穿所述过孔设置，所述支撑块支撑在所述保温件远端与所述上保温层外壁之间，

所述上保温中心孔的内壁与所述保温件之间形成挥发物导流通道。

进一步地，所述上保温中心孔分为第一部分和第二部分，所述第一部分靠近所述上保温层内部且呈圆柱形，所述第二部分靠近所述上保温层外部且呈上宽下窄的喇叭形。

进一步地，所述保温件的边缘向外延伸形成延伸部，所述支撑块支撑在所述延伸部与所述保温层的外壁之间。

进一步地，所述上保温中心孔的第一部分的直径为55～65mm；所述挥发物导流通道的宽度为5～15mm；所述籽晶杆与所述上保温中心孔的第二部分之间的间隙为7～10mm。

进一步地，还包括加热器，所述加热器设置所述坩埚的外周。

进一步地，还包括坩埚轴，所述坩埚轴一端连接在所述坩埚的底部，另一端伸出所述底保温层设置，所述坩埚轴中空形成通道。

采用本申请的技术方案的有益效果如下：

1、降低挥发物掉落坩埚的总量，以提高晶体纯度；

2、降低挥发物掉落导致的晶体内部多晶、气泡、云雾等缺陷的产生几率；

3、降低挥发物掉落进内部系统的几率，同时不影响通过气流冷却籽晶杆的冷却量。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，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的附图。

图1为一种蓝宝石生长炉用导流系统的结构示意图；

图示说明：

其中，1-坩埚；2-上保温层；3-侧保温层；4-底保温层；5-籽晶杆；6-加热器；7-坩埚轴；8-保温件；9-支撑块；10-挥发物导流通道；11-坩埚轴；

21-上保温中心孔；211-第一部分；212-第二部分；

81-延伸部。

具体实施方式

参见图1，为一种蓝宝石生长炉用导流系统的结构示意图。

本申请提供的一种蓝宝石生长炉用导流系统，包括坩埚1、上保温层2、侧保温层3、底保温层4、籽晶杆5、保温件8和支撑块9。

上保温层2、侧保温层3和底保温层4形成具有空心部的圆柱形，坩埚1位于空心部内，上保温层2具有与空心部相连通的上保温中心孔21，上保温中心孔21呈上宽下窄的喇叭形，保温件8呈锥形，保温件8至少部分伸在上保温中心孔21内，保温件8具有过孔，籽晶杆5贯穿过孔设置，支撑块9支撑在保温件8远端与上保温层2外壁之间，上保温中心孔21的内壁与保温件8之间形成挥发物导流通道10。

上保温中心孔21分为第一部分211和第二部分212，第一部分211靠近上保温层2内部且呈圆柱形，第二部分212靠近上保温层2外部且呈上宽下窄的喇叭形，上保温中心孔21的第二部分212的内壁与保温件8之间形成挥发物导流通道10。

保温件8的边缘向外延伸形成延伸部81，支撑块9支撑在延伸部81与保温层的外壁之间。

上保温中心孔21的第一部分211的直径为55～65mm；挥发物导流通道10的宽度为5～15mm；籽晶杆5与上保温中心孔21的第一部分211之间的间隙为7～10mm；具体来说，本实施例中，上保温中心孔21的第一部分211的直径为60mm；挥发物导流通道10的宽度为10mm。

还包括加热器6，加热器6设置坩埚1的外周。

还包括坩埚轴7，坩埚轴7一端连接在坩埚1的底部，另一端伸出底保温层4设置，坩埚轴7中空形成通道。

本实施例力求通过改变气流导向的方法降低炉顶中心部位挥发物沉积量来控制原料二次污染问题，详述如下：

1、将上保温中心孔21的第一部分211直径缩小至60mm左右，降低挥发物掉入坩埚1的几率。

2、上保温层2的第二部分212斜向导流的方法，挥发物导流到上保温层2外壁远离上保温中心孔21的位置，挥发物导流通道10的宽度约5-15mm。

3、避免坩埚1内的氧化铝蒸汽，热场的石墨保温材料中的挥发份经上保温中心孔21输运至炉顶处并产生沉积，沉积物累积到一定厚度后由于热对流的不断冲刷，上炉盖处沉积的挥发物经上保温中心孔21掉入坩埚1内，降低原料二次污染，提高晶体纯度，晶体均匀性。

4、避免特定生长阶段掉落的挥发物导致的多晶，云雾，晶体颜色发生变化。

本实用新型通过将圆柱形中心孔设计为部分呈喇叭口型的结构，并设置锥形保温件8，中心孔第二部分212的直径缩小至60mm，上保温中心孔21的内壁与保温件8之间形成5～15mm间隙的挥发物导流通道10，并将籽晶杆5与上保温中心孔21的第一部分211之间的间隙缩小至10mm以下。通过控制挥发物经由上保温孔掉入坩埚1的几率，防止污染蓝宝石熔液造成的晶体颜色变红，提高长晶质量。

本申请提供的实施例之间的相似部分相互参见即可，以上提供的具体实施方式只是本申请总的构思下的几个示例，并不构成本申请保护范围的限定。对于本领域的技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下依据本申请方案所扩展出的任何其他实施方式都属于本申请的保护范围。

Claims

1.一种蓝宝石生长炉用导流系统，包括坩埚、上保温层、侧保温层、底保温层和籽晶杆，所述上保温层、所述侧保温层和所述底保温层形成具有空心部的圆柱形，所述坩埚位于所述空心部内，所述上保温层具有与所述空心部相连通的上保温中心孔，其特征在于，还包括保温件和支撑块，

所述上保温中心孔呈上宽下窄的喇叭形，

2.根据权利要求1所述的蓝宝石生长炉用导流系统，其特征在于，所述上保温中心孔分为第一部分和第二部分，所述第一部分靠近所述上保温层内部且呈圆柱形，所述第二部分靠近所述上保温层外部且呈上宽下窄的喇叭形。

3.根据权利要求1或2所述的蓝宝石生长炉用导流系统，其特征在于，所述保温件的边缘向外延伸形成延伸部，所述支撑块支撑在所述延伸部与所述保温层的外壁之间。

4.根据权利要求1所述的蓝宝石生长炉用导流系统，其特征在于，所述上保温中心孔的第一部分的直径为55～65mm；所述挥发物导流通道的宽度为5～15mm；所述籽晶杆与上保温中心孔的第二部分之间的间隙为7～10mm。

5.根据权利要求1所述的蓝宝石生长炉用导流系统，其特征在于，还包括加热器，所述加热器设置所述坩埚的外周。

6.根据权利要求1或5所述的蓝宝石生长炉用导流系统，其特征在于，还包括坩埚轴，所述坩埚轴一端连接在所述坩埚的底部，另一端伸出所述底保温层设置，所述坩埚轴中空形成通道。