CN219689936U - 一种同炉制造多个晶体的坩埚加热与支撑系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种晶体制造设备，特别是一种同炉制造多个晶体的坩埚加热与支撑结构，包括炉体结构、提拉控制系统、保温系统、坩埚及支撑系统、加热系统，所述坩埚及支撑系统为多套，一般为3～10套，包括坩埚支撑柱及其上放置的坩埚，所述坩埚内部用于填装蓝宝石晶体生长用原料，能同时同炉生长3～10个蓝宝石晶体，每个晶体的直径可以为4英寸、6英寸、8英寸或12英寸，且晶体上下部的最大直径差异不超过2厘米，可以简化现有技术中上下部外径差距较大的晶体的生产工艺、节省加工时间，为相关企业降低生产成本。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种晶体制造设备，特别是一种同炉制造多个晶体的坩埚加热与支撑系统。
背景技术
随着工业现代化进程的加快和革新，各类晶体材料的产业化要求越来越紧迫，单多晶硅、氮化硅、工业蓝宝石、碳化硅等多种晶体的制造技术中均涉及感应加热技术，用于在晶体生长过程中，通过调整热场与线圈的相对位置来达到调节晶体内的温度梯度，使晶体能持续生长，现有的晶体制造设备中配备的感应线圈的加热温度调节的灵活性非常局限，当感应线圈进行轴向移动时，一方面可以调整轴向温度，同时，径向的温度梯度也会随之改变，感应线圈在调节温度时有一定的联动性，在生长中温度的控制不够准确，这样会影响晶体的生长质量和生长速度，不利于大尺寸高质量晶体的生长，另外，热感应加热径向温度梯度不易调整且梯度过大时，会导致热应力过大，产生微管、堆垛层错晶界、气泡等缺陷。
工业蓝宝石晶体，又称白宝石、人工蓝宝石，其主要化学成分是三氧化二铝(A12O3)的单晶形态，因其化学性能稳定，不溶于水，耐酸、碱腐蚀，莫氏硬度为9，是精密仪表机械轴承的理想材料；因其熔点和沸点较高(熔点为2050℃，沸点为3500℃)，可承受的环境温度高达1900℃，成为制作耐高温透明器件或部件的重要材料；其在1500～5500nm波段的光学透过率稳定在85％，是理想的窗口材料和光学元件材料。工业蓝宝石晶体的生长技术主要有火焰法、提拉法、导模法、热交换法、泡生法、温梯法和下降法生长技术，目前已有企业实现了泡生法批量制造400kg级蓝宝石晶体，但是制造周期较长，传统的加热结构和坩埚支撑结构容易变形、老化，降成本比较困难。因此，为了缩短这类晶体材料的制造周期，直接制造外径较为接近的晶体，本实用新型提供一种同炉制造多个晶体的坩埚加热与支撑系统。
发明内容
本实用新型涉及一种同炉制造多个晶体的坩埚加热与支撑系统，包括炉体结构、提拉控制系统、保温系统、坩埚及支撑系统、加热系统：
所述炉体结构包括底腔1、主腔2、顶腔3，所述主腔2装配在底腔1上，顶腔3装配主腔2上，所述底腔1上安装有顶保温板支撑柱7、坩埚支撑柱8、主加热器支撑12和中间加热器支撑14；
所述坩埚及支撑系统为多套，包括坩埚支撑柱8及其上放置的坩埚9，所述坩埚9内部用于填装蓝宝石晶体生长用原料16；
所述加热系统包括所述主加热器支撑12及其上安装的主加热器10和主加热器支撑连接块11，所述中间加热器支撑14及其上安装的中间加热器13，以及底加热器15；
所述保温系统包括所述顶保温板支撑柱7及其上支撑的顶保温板6，底保温板4、主保温筒5、顶保温板6；
所述多套坩埚及支撑系统为3～10套。
进一步，所述顶腔3上设置加工观察孔17及提拉轴孔18，所述观察孔17用于观察原料融化及引晶操作，提拉轴孔18用于籽晶提拉装置升降。
进一步地，所述顶保温板6根据所述多套坩埚及支撑系统数量进行等套数同轴等分为3～10份，以便独立操作坩埚支撑柱8及其上放置的坩埚9，按需调整观察孔17及提拉轴孔18的位置。
进一步地，所述多个坩埚支撑柱8之间由隔热板隔离，既能实现同炉同时制造晶体又能保证多个坩埚之间互无干涉、坩埚操作的独立性和晶体制造过程的稳定性。
进一步地，所述坩埚9的直径可以为4英寸、6英寸、8英寸或12英寸。
进一步地，所述主加热器支撑12及其上安装的主加热器10和主加热器支撑连接块11为3～10套，所述每套主加热器支撑12及其上安装的主加热器10和主加热器支撑连接块11围护在所述的每套坩埚及支撑系统周围，所述中间加热器支撑14及其上安装的中间加热器13为1套，其重心与所述底腔1的重心处于同一垂线上。
本实用新型的有益效果：提供了一种同炉制造多个晶体的坩埚加热与支撑系统，该设备能基于泡生法制造工艺同时同炉生长3～10个蓝宝石晶体，每个晶体的直径可以为4英寸、6英寸、8英寸或12英寸，且晶体上下部的最大直径差异不超过2厘米，可以简化现有技术中上下部外径差距较大的晶体的生产工艺、节省加工时间，为相关企业降低生产成本。
附图说明
图1一种同炉同时制造多个蓝宝石晶体的设备的主剖面图
图2一种同炉同时制造7个蓝宝石晶体的设备的俯视图
附图标记说明：1、底腔；2、主腔；3、顶腔；4、底保温板；5、主保温筒；6、顶保温板；7、顶保温板支撑柱；8、坩埚支撑柱；9、坩埚；10、主加热器1；11、主加热器支撑接块；12、主加热器支撑；13、中间加热器；14、中间加热器支撑；15、底加热器；16、原料；17、观察孔；18、提拉轴孔。
具体实施方式
以下用具体实施方式说明本实用新型的技术方案。
实施例1
一种同炉制造多个晶体的坩埚加热与支撑系统，包括炉体结构、提拉控制系统、保温系统、坩埚及支撑系统、加热系统，其特征在于：
所述炉体结构包括底腔1、主腔2、顶腔3，所述主腔2装配在底腔1上，顶腔3装配主腔2上，所述底腔1上安装有顶保温板支撑柱7、坩埚支撑柱8、主加热器支撑12和中间加热器支撑14；所述炉体结构是加热结构和坩埚支撑的重要载体，其最大外径和保温性能决定所述加热结构的套数、所述坩埚支撑结构的布局方式；
所述坩埚及支撑系统为3套，包括坩埚支撑柱8及其上放置的坩埚9，所述坩埚9内部用于填装蓝宝石晶体生长用原料16；所述加热系统包括所述主加热器支撑12及其上安装的主加热器10和主加热器支撑连接块11，所述中间加热器支撑14及其上安装的中间加热器13，以及底加热器15；所述中间加热器支撑14及其上安装的中间加热器13为直径固定的同心圆柱体，固定安装在所述底腔1的中心处，所述中间加热支撑14、中间加热器13、底腔1的中心处于同一中心线上；所述的3套坩埚支撑柱8、坩埚9以所述中间加热支撑为中心，以120度扇形为区域，分布在所述底腔1上；
所述保温系统包括所述顶保温板支撑柱7及其上支撑的顶保温板6，底保温板4、主保温筒5、顶保温板6；
所述顶腔3上设置加工观察孔17及提拉轴孔18，所述观察孔17用于观察原料融化及引晶操作，提拉轴孔18用于籽晶提拉装置升降。
实施例2
本实施例在实施例1的基础上进一步将所述顶保温板6根据所述3套坩埚及支撑系统数量进行同轴等分为3份，以便独立操作坩埚支撑柱8及其上放置的坩埚9，以便按需调整观察孔17及提拉轴孔18的位置；所述坩埚9的直径可以为8英寸或12英寸
实施了3
一种同炉制造多个晶体的坩埚加热与支撑系统，包括炉体结构、提拉控制系统、保温系统、坩埚及支撑系统、加热系统，其特征在于：
所述炉体结构包括底腔1、主腔2、顶腔3，所述主腔2装配在底腔1上，顶腔3装配主腔2上，所述底腔1上安装有顶保温板支撑柱7、坩埚支撑柱8、主加热器支撑12和中间加热器支撑14；
所述坩埚及支撑系统为6套，包括坩埚支撑柱8及其上放置的坩埚9，所述加热系统包括所述主加热器支撑12及其上安装的主加热器10和主加热器支撑连接块11，所述中间加热器支撑14及其上安装的中间加热器13，以及底加热器15；所述中间加热器支撑14及其上安装的中间加热器13为直径固定的可拆卸安装的同心圆柱体，安装在所述底腔1的中心处，所述中间加热支撑14、中间加热器13、底腔1的中心处于同一中心线上；所述的6套坩埚支撑柱8、坩埚9以所述中间加热支撑为中心，以60度扇形为区域，分布在所述底腔1上；
所述保温系统包括所述顶保温板支撑柱7及其上支撑的顶保温板6，底保温板4、主保温筒5、顶保温板6；
所述顶腔3上设置加工观察孔17及提拉轴孔18，所述观察孔17为6个，位于所述6套坩埚支撑柱8及其上坩埚9所在位置的斜上方45度的位置，方便观察原料融化及引晶操作，提拉轴孔18用于籽晶提拉装置升降；
所述顶保温板6根据所述6套坩埚及支撑系统数量进行同轴等分为6份，以便独立操作坩埚支撑柱8及其上放置的坩埚9，以便按需调整观察孔17及提拉轴孔18的位置；
所述6套坩埚支撑柱8之间由隔热板隔离，既能实现同炉同时制造晶体又能保证多个坩埚之间互无干涉、坩埚操作的独立性和晶体制造过程的稳定性；
所述坩埚9的直径可以为4英寸、6英寸。
以上实施例仅为对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将说明书中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (6)
1.一种同炉制造多个晶体的坩埚加热与支撑系统，包括炉体结构、提拉控制系统、保温系统、坩埚及支撑系统、加热系统，其特征在于：
所述炉体结构包括底腔、主腔、顶腔，所述主腔装配在底腔上，顶腔装配主腔上，所述底腔上安装有顶保温板支撑柱、坩埚支撑柱、主加热器支撑和中间加热器支撑；
所述坩埚及支撑系统为多套，包括坩埚支撑柱及其上放置的坩埚，所述坩埚内部用于填装蓝宝石晶体生长用原料；
所述加热系统包括所述主加热器支撑及其上安装的主加热器和主加热器支撑连接块，所述中间加热器支撑及其上安装的中间加热器，以及底加热器；
所述保温系统包括所述顶保温板支撑柱及其上支撑的顶保温板、底保温板、主保温筒、顶保温板；
所述的坩埚及支撑系统多套是指3～10套。
2.如权利要求1所述的一种同炉制造多个晶体的坩埚加热与支撑系统，其特征在于所述顶腔上设置加工观察孔及提拉轴孔，所述观察孔用于观察原料融化及引晶操作，提拉轴孔用于籽晶提拉装置升降。
3.如权利要求1或2所述的一种同炉制造多个晶体的坩埚加热与支撑系统，其特征在于所述顶保温板根据所述多套坩埚及支撑系统数量进行等套数同轴等分为3～10份，以便独立操作坩埚支撑柱及其上放置的坩埚，按需调整观察孔及提拉轴孔的位置。
4.如权利要求1所述的一种同炉制造多个晶体的坩埚加热与支撑系统，其特征在于所述多个坩埚支撑柱之间由隔热板隔离，既能实现同炉同时制造晶体又能保证多个坩埚之间互无干涉、坩埚操作的独立性和晶体制造过程的稳定性。
5.如权利要求1或2所述的一种同炉制造多个晶体的坩埚加热与支撑系统，其特征在于所述坩埚的直径可以为4英寸、6英寸、8英寸或12英寸。
6.如权利要求1或2所述的一种同炉制造多个晶体的坩埚加热与支撑系统，其特征在于所述主加热器支撑及其上安装的主加热器和主加热器支撑连接块为3～10套，所述每套主加热器支撑及其上安装的主加热器和主加热器支撑连接块围护在所述的每套坩埚及支撑系统周围，所述中间加热器支撑及其上安装的中间加热器为1套，其重心与所述底腔的重心处于同一垂线上。
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