[發明專利]一種大尺寸藍寶石單晶爐保溫結構

有效

• 申請號: 201410037225.4
• 申請日: 2014-01-26
• 公開（公告）號: CN103774226A
• 公開（公告）日: 2014-05-07
• 發明（設計）人: 左洪波;楊鑫宏;張學軍;李鐵
• 申請（專利權）人: 哈爾濱奧瑞德光電技術股份有限公司
• 主分類號: C30B29/20
• 分類號: C30B29/20;C30B17/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

（一）技術領域

本發明涉及一種藍寶石單晶生長爐中的熱場保溫結構，具體涉及一種泡生法生長大尺寸藍寶石的單晶爐中的保溫結構。

（二）背景技術

藍寶石(Sapphire)是一種氧化鋁(α-Al₂O₃)的單晶，光學、機械和化學性能優異，另外，因其具有強度高、硬度大、耐沖刷的特點，可在接近2000℃高溫的惡劣條件下工作，被廣泛的應用于紅外軍事裝置、衛星空間技術、高強度激光的窗口材料。其獨特的晶格結構、優異的力學性能、良好的熱學性能使藍寶石晶體成為實際應用的半導體GaN/Al₂O₃發光二極管(LED)，大規模集成電路SOI和SOS及超導納米結構薄膜等最為理想的襯底材料。

藍寶石單晶生長設備結構合理是生長高品質、大尺寸藍寶石單晶的前提條件。只有溫場合理，才有可能有效控制晶體徑向和軸向的溫度梯度，生長出形狀理想、內部缺陷少的高品質藍寶石單晶。溫場受加熱系統、保溫系統及冷卻系統的綜合影響。保溫材料選擇和結構設計合理，既可以有效存儲熱量，保證生長單晶所需的溫度梯度，又可以將多余的熱量及時散出，使溫度更加容易調節。為防止熱量散失，形成合理溫場，單晶爐內各方向都進行了熱防護，形成了上部、側面和底部保溫結構。保溫系統主要為隔熱屏，隔熱屏一般采用多層耐高溫金屬板（如鎢、鉬等）。然而，金屬板在反復升溫降溫過程中除了揮發造成損失外，還會產生較嚴重的熱變形，因此需要經常更換，這會增加維修成本，進而提高了生產成本。可以通過兩方面降低生產成本，一方面通過加強保溫效果提高熱能的利用率，另一方面通過延長保溫結構的使用壽命可以有效降低成本。

（三）發明內容

本發明的目的在于提供一種利用氧化鋯和氧化鋁纖維磚優異的保溫性及抗變形能力，更加有效地利用熱能，減少熱量損失，增強設備的穩定性，解決傳統泡生法單晶爐中熱能利用率低，使用的鉬隔熱屏結構在高溫環境下揮發、變形，使用壽命短等問題的大尺寸藍寶石單晶爐保溫結構。

本發明的目的是這樣實現的：它是由金屬鉬片、氧化鋯和氧化鋁纖維磚制作而成，分為上、側和下隔熱屏結構，上隔熱屏包括多層鉬片隔熱屏及位于其上的氧化鋯纖維磚保溫層；側隔熱屏由內向外依次為鉬隔熱屏、由氧化鋯纖維磚制成的氧化鋯保溫桶和氧化鋁纖維磚制成的氧化鋁保溫桶；下隔熱屏包括由多層鉬片制成的鉬隔熱結構及底部由氧化鋯和氧化鋁纖維磚制成的氧化鋯保溫層和氧化鋁保溫層。

本發明還有這樣一些特征：

1、所述的上隔熱屏還包括固定支撐結構部分，固定支撐結構部分為單層圓形不銹鋼板，多層鉬片隔熱屏的鉬片上開有圓形中心孔和矩形觀察孔，固定支撐結構部分、氧化鋯纖維磚保溫層、多層鉬片隔熱屏之間采用鉬螺栓和配套螺母連接固定。

2、所述的氧化鋯纖維磚保溫層為由扇形氧化鋯纖維磚拼接的圓環狀塊體隔熱結構，相鄰氧化鋯纖維磚間由相配合的半圓形定位凹槽與突起固定。

3、所述的側隔熱屏結構中鉬隔熱屏由多層鉬桶組成，內層鉬桶相對較厚，增加可用次數，以延長其使用壽命。

4、所述的氧化鋯保溫桶在高度方向由2層以上氧化鋯纖維磚桶拼接而成，整體高度較外層氧化鋁保溫桶高，每層氧化鋯保溫桶由氧化鋯環瓣拼接而成，相鄰氧化鋯纖維磚之間由定位凹槽與突起進行固定。

5、所述的氧化鋁保溫桶高度與鉬隔熱屏相同，在高度方向由2層以上氧化鋁纖維磚桶拼接而成，每層氧化鋁纖維磚桶由氧化鋁環瓣拼接而成，相鄰纖維磚之間由定位凹槽與突起進行固定。

6、所述的下隔熱屏中鉬隔熱結構由多層圓形鉬片組成，鉬片上開有圓形中心孔，鉬片間用鉬螺栓和配套螺母連接固定。

7、所述的下隔熱屏中底部為中間有與鉬隔熱結構中鉬片圓形通孔直徑相同的氧化鋯和氧化鋁纖維磚的鑲嵌結構，氧化鋯保溫層處于上部，中間有圓形凹槽，凹槽直徑為整個大尺寸藍寶石單晶爐保溫結構直徑的一半，氧化鋁保溫層位于下部，中間有與氧化鋯保溫層相配合的圓形凸起。

本發明的有益效果有：氧化鋯耐高溫、導熱系數小（氧化鋯在金屬氧化物當中導熱系數最低），在超高溫隔熱應用方面具有獨特優勢。氧化鋯纖維磚還具有良好的機械性能和精確的幾何尺寸。

1.??本發明采用氧化鋯與氧化鋁纖維磚部分替代傳統鉬隔熱屏結構，可有效增強爐內保溫效果，防止熱量快速流失，減少電耗。

2.?本發明采用氧化鋯與氧化鋁纖維磚部分替代傳統鉬隔熱屏結構，可減少因鉬桶揮發或高溫變形而帶來的維修成本，延長設備使用壽命，進而降低生產制造成本。