[發(fā)明專利]一種應(yīng)用于泡生法藍寶石單晶生長的保溫結(jié)構(gòu)

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210553985.1
• 申請日: 2012-12-19
• 公開（公告）號: CN102965726A
• 公開（公告）日: 2013-03-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王慶國;錢兵;朱燁;汪紅衛(wèi);鞠星
• 申請（專利權(quán)）人: 蘇州巍邇光電科技有限公司
• 主分類號: C30B17/00
• 分類號: C30B17/00;C30B29/20
• 代理公司: 南京縱橫知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林

技術(shù)領(lǐng)域??

本發(fā)明提供一種晶體生長爐內(nèi)的保溫隔熱結(jié)構(gòu)，具體涉及泡生法生長藍寶石（α-Al₂O₃單晶）的高溫隔熱保溫結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)??

α-Al₂O₃單晶又稱藍寶石，是一種簡單配位型氧化物晶體。藍寶石單晶具有優(yōu)異的光學(xué)性能和力學(xué)性能，化學(xué)性能穩(wěn)定，被廣泛應(yīng)用于紅外軍事裝置、衛(wèi)星空間技術(shù)、高強度激光的窗口材料；其獨特的晶格結(jié)構(gòu)和良好的熱穩(wěn)定性，使藍寶石單晶又成為GaN發(fā)光二極管理想的襯底材料。

藍寶石晶體的熔化溫度約為2050℃，泡生法是目前的最為主要的生長方法之一，而在泡生法生長藍寶石晶體爐內(nèi)需要用到大量的保溫?zé)崞?。所以在大?050℃高溫條件下，熱屏材料的選擇和設(shè)計顯得非常重要，尤其是對高溫條件下材料的機械強度和保溫隔熱能力的要求非常高。熱場設(shè)計方面，既要保證一定的保溫效果，又要求達到晶體生長所需的理想的徑向和軸向溫度梯度要求。高品質(zhì)藍寶石晶體的生長是在高真空度、無污染的條件下進行的，故材料的選擇則要求對生長環(huán)境無污染，即晶體生長爐內(nèi)的保溫材料，在高溫條件下盡量不揮發(fā)出雜質(zhì)。

目前常用的主要耐高溫材料為鎢、鉬、銥、石墨、氧化鋯和氧化鋁的顆粒及陶瓷等。金屬銥在2450℃時已軟化變形，且昂貴，不常用做大尺寸晶體生長時的保溫材料；石墨的熔點在3800℃以上，但在高溫條件下易揮發(fā)出大量的碳，污染了生長環(huán)境；氧化鋯和氧化鋁陶瓷的軟化溫度雖在2700℃以上，但其沉重，高溫易開裂，如設(shè)計成大塊保溫層后不易搬運與拆卸，只宜少量使用，并設(shè)計成特殊結(jié)構(gòu)。所以目前用作泡生法生長大尺寸藍寶石單晶用的耐高溫?zé)崞敛牧?，主要還是鎢鉬金屬及其組合結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種能夠優(yōu)化泡生法藍寶石單晶生長爐內(nèi)熱場分布，調(diào)控藍寶石晶體在生長時的軸向溫度梯度和徑向溫度梯度，從而降低晶體內(nèi)部熱應(yīng)力和減少晶體開裂的藍寶石單晶生長保溫結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明的目的是通過這樣的技術(shù)方案實現(xiàn)：它包括幾組分別水平、垂直和傾斜放置的金屬薄板熱屏，金屬薄板分別由1mm和2mm厚的鉬、鎢金屬等組合而成，各層之間的間距約為5-7mm，中間以窄鉬條做垂直間隔支撐，以防止高溫下熱屏產(chǎn)生過大的形變。薄板熱屏以鉚釘鉚接方式連接成圓筒或圓錐狀，且都與加熱器、坩堝同心同軸，并與加熱器保持一定的間隔。

由于鎢金屬的熔點比鉬要高，故在熱屏的安裝上要求將鎢熱屏靠近加熱器側(cè)放置，而鉬熱屏要放置于鎢熱屏的外側(cè)，以防止過大的熱沖擊。此外，傾斜式熱屏的安裝要保持與水平面成45°角，以達到最佳的熱輻射效果。無論是筒形鎢熱屏、鉬熱屏，還是傾斜式的圓錐狀熱屏，其焊接兩側(cè)均設(shè)置若干個小孔，各小孔等間距設(shè)置，并通過鉚釘鉚接在一起。

進一步，本發(fā)明還包含以下技術(shù)方案：

采用以鎢或鉬為材料的金屬薄板作熱屏，所述熱屏包括水平式熱屏、垂直式熱屏和傾斜式熱屏；

所述水平式熱屏為中心開孔的圓環(huán)形；

所述傾斜式熱屏為帶45°傾角的圓錐狀熱屏，設(shè)置于水平式熱屏與坩堝之間的空間中；

所述垂直式熱屏為豎直圓筒狀，可容納水平式熱屏和傾斜式熱屏。

所述熱屏為多層，靠近坩堝或加熱器側(cè)的層的材料為鎢，其余層的材料為鉬。

所述水平式熱屏為多層，靠近加熱器側(cè)的一層材料為鎢，其余各層材料為鉬，各層間狹縫用鉬片做垂直間隔支撐。

所述水平式熱屏共28層，靠近加熱器側(cè)的鎢層厚2mm，其余各鉬層厚度為1mm，各層間的間距為5-7mm。

所述傾斜式熱屏為多層，靠近加熱器側(cè)的一層材料為鎢，其余層材料為鉬，各層均與水平呈45°傾角。

所述傾斜式熱屏共12層，靠近加熱器側(cè)的鎢層厚度為2mm，其余各鉬層厚度為1mm。

所述垂直式熱屏厚度0.5mm，各層間的間距為5-7mm，各層間用鉬片做間隔支撐；所述垂直式熱屏內(nèi)側(cè)為圓筒狀的鎢制保溫內(nèi)層，厚度為2mm。

不銹鋼桶與垂直式熱屏之間填充厚度在30-50mm的空心泡殼。

上、下部分填充的空心泡殼為Al₂O₃空心泡殼，空心泡殼粒徑為3-4mm；中間部分填充的空心泡殼為ZrO₂空心泡殼，粒徑為1-2mm；填充的空心泡殼厚度均為40-50mm。

所述不銹鋼桶內(nèi)的底部設(shè)置氧化鋯保溫磚，厚度為50-70mm。