專利名稱：一種藍(lán)寶石單晶爐上部保溫結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種晶體生長爐中的熱場結(jié)構(gòu)，具體涉及一種冷心放肩微量提拉法生長藍(lán)寶石的單晶爐中的上部保溫結(jié)構(gòu)。背景技術(shù)：
藍(lán)寶石是一種氧化鋁(Al2O3)單晶，屬于六方晶系。藍(lán)寶石晶體從近紫外光(190nm)到中紅外線都具有很好的透光性。因此被大量用在光學(xué)元件、紅外裝置、高強(qiáng)度鐳射鏡片材料上。另外，它具有高硬度、耐高溫、抗腐蝕等特點(diǎn)，近年來在工業(yè)界得到廣泛的應(yīng)用。尤其是光學(xué)級(jí)大尺寸藍(lán)寶石材料，由于其具有性能穩(wěn)定、市場需求量大、綜合利用率及產(chǎn)品附加值高等特點(diǎn)，成為近年國內(nèi)外研究開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化熱點(diǎn)。藍(lán)寶石單晶生長設(shè)備結(jié)構(gòu)是否合理直接關(guān)系到能否生長出高品質(zhì)、大尺寸藍(lán)寶石單晶，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(nèi)部缺陷少的高品質(zhì)藍(lán)寶石單晶。生長藍(lán)寶石單晶過程中，加強(qiáng)低溫區(qū)的保溫，控制溫度梯度和高溫區(qū)的過熱溫度，對保證晶體不開裂，生長界面穩(wěn)定與熔體不局部成核結(jié)晶極為重要。傳統(tǒng)隔熱屏一般采用多層耐高溫金屬板(如鎢、鑰等)，其作用在于隔熱、減少熱損失，提高熱利用率，同時(shí)保證爐內(nèi)溫場均勻。泡生法單晶爐的上隔熱屏需要開籽晶插孔及觀察窗的通孔，上隔熱屏的設(shè)計(jì)對于整個(gè)溫場的控制非常重要，這就要求我們必須開發(fā)出符合生產(chǎn)要求的上隔熱屏系統(tǒng)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠減少上部熱量損失，增強(qiáng)保溫效果，建立合理溫度梯度，使溫場更加易于調(diào) 節(jié)，從而解決傳統(tǒng)泡生法單晶爐中使用的鑰上隔熱屏結(jié)構(gòu)在高溫環(huán)境下使用過程中爐內(nèi)上部散熱快，溫場不夠合理，溫度調(diào)節(jié)難控制等問題的藍(lán)寶石單晶爐上部保溫結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:該結(jié)構(gòu)由上至下依次為圓形支撐結(jié)構(gòu)、氧化鋯保溫層和鑰隔熱屏，固定支撐結(jié)構(gòu)為單層圓形不銹鋼板，鑰隔熱屏由多層鑰片組成，氧化鋯保溫層由氧化鋯纖維燒結(jié)制得的氧化鋯磚組接而成，鑰片上開有圓形中心孔和矩形觀察孔，圓形支撐結(jié)構(gòu)、氧化鋯保溫層和鑰隔熱屏之間采用鑰螺栓和鑰螺母連接固定。鑰片形狀及連接方式見專利ZL 201120081033.5。本發(fā)明還有這樣一些特征:
1、所述的單層圓形不銹鋼板厚度為5 20mm,外徑400 600mm,內(nèi)徑180 280mm,沿單層圓形不銹鋼板上直徑為20(T300mm圓周上均勻分布有Γ Ο個(gè)鑰螺栓，鑰螺栓直徑4飛臟，長度為150 400mm。2、所述的氧化錯(cuò)保溫層為圓環(huán)形,外徑300 500mm,內(nèi)徑90 250mm,厚度10 30mm。3、所述的氧化鋯保溫層為由21塊扇形氧化鋯纖維磚拼接組成的圓環(huán)形塊體。4、所述的氧化鋯保溫層中相鄰氧化鋯纖維磚間由廣4組相配合的半圓形定位凹槽與定位突起固定，定位凹槽與定位突起半圓半徑5"l0mm。5、所述的氧化鋯保溫層上對應(yīng)單層圓形不銹鋼板與鑰片連接鑰螺栓的位置設(shè)置有圓形通孔，圓形通孔直徑較鑰螺栓直徑大廣5_。6、所述的鑰片為圓形，共5 15層，外徑30(T500mm，厚度0.5 4mm，間距5 12mm。7、所述的鑰片上開有圓形中心孔和2個(gè)矩形觀察孔，最上層鑰片圓形中心孔直徑3(Tl00mm，從上到下每層鑰片中心孔直徑比上一層大f 5mm，2個(gè)矩形觀察孔互相成90°夾角，位于圓形中心孔邊緣，最上層矩形觀察孔長度5(Tl50mm，寬度3(T60mm，從上到下每層鑰片矩形觀察孔長度和寬度分別比上一層大f5mm。本發(fā)明的有益效果有:
1.本發(fā)明中采用氧化鋯纖維磚代替上隔熱屏上部數(shù)層鑰片，由于氧化鋯導(dǎo)熱系數(shù)小，可有效保持爐內(nèi)溫度，保溫效果好。2.本發(fā)明中采用的氧化鋯纖維磚具有耐高溫、抗氧化的優(yōu)點(diǎn)，該結(jié)構(gòu)便于拆卸，氧化鋯層可以重復(fù)使用，可有效延長隔熱屏的使用壽命。3.本發(fā)明中氧化鋯保溫層由若干塊氧化鋯纖維磚拼接而成，可避免傳統(tǒng)鑰隔熱屏由于加熱、冷卻過程 中產(chǎn)生隔熱屏上部和下部鑰片因所處區(qū)域溫度差異，熱脹冷縮程度不同引起變形程度不同，進(jìn)而帶來失效的問題。4.本發(fā)明采用氧化鋯纖維磚制成保溫層替代與傳統(tǒng)鑰隔熱屏上部數(shù)層鑰片，有利于形成均勻穩(wěn)定的溫場，溫度調(diào)節(jié)容易，保證合理的徑向和軸向的溫度梯度，符合冷心放肩微量提拉法對溫場分布的要求。5.本發(fā)明采用氧化鋯纖維磚制成保溫層替代與傳統(tǒng)鑰隔熱屏上部數(shù)層鑰片，由于其優(yōu)異的隔熱保溫特性，熱量流失少，進(jìn)而減少了生長所需用電量，較傳統(tǒng)鑰隔熱屏節(jié)能1(Γ20%。氧化鋯具有使用溫度高(最高使用溫度可達(dá)2200°C)、導(dǎo)熱系數(shù)小(在金屬氧化物當(dāng)中導(dǎo)熱系數(shù)最低)、抗氧化、高溫下不易揮發(fā)、無污染等一系列優(yōu)良特性，在超高溫隔熱應(yīng)用方面具有獨(dú)特優(yōu)勢。本發(fā)明采用氧化鋯纖維磚制成保溫層，置于不銹鋼制成結(jié)構(gòu)與鑰隔熱屏之間，同時(shí)減少下部鑰片數(shù)量，可有效增強(qiáng)爐內(nèi)上部保溫效果，防止熱量從上部快速流失，形成合理的溫場結(jié)構(gòu)。本發(fā)明是在前期授權(quán)專利號(hào)ZL200920100239.0和ZL 201120081033.5中公布的
冷心放肩微量提拉法藍(lán)寶石單晶生長爐保溫結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，為配合在此之前申請關(guān)于氧化鋯保溫桶和下隔熱結(jié)構(gòu)的專利中提出的保溫結(jié)構(gòu)，減少上部熱量損失，增強(qiáng)保溫效果，建立合理溫度梯度，使溫場更加易于調(diào)節(jié)。從而解決傳統(tǒng)泡生法單晶爐中使用的鑰上隔熱屏結(jié)構(gòu)在高溫環(huán)境下使用過程中爐內(nèi)上部散熱快，溫場不夠合理，溫度調(diào)節(jié)難控制等問題。

圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意 圖2-圖4為氧化鋯保溫層結(jié)構(gòu)；
圖5為鑰隔熱屏結(jié)構(gòu)示意圖。具體實(shí)施例方式 下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。結(jié)合圖1，本實(shí)施例包括固定支撐結(jié)構(gòu)1、氧化鋯保溫層2和多層鑰片3組成的鑰隔熱屏，固定支撐結(jié)構(gòu)I采用單層圓形不銹鋼板制成，氧化鋯保溫層2由若干扇形氧化鋯保溫磚拼接而成，多層鑰片3中間由上至下設(shè)置有逐漸增大的中心孔和矩形觀察窗。單層圓形不銹鋼板厚度15mm,外徑400mm,內(nèi)徑180mm,沿單層圓形不銹鋼板上直徑為200mm圓周上分布有8個(gè)鑰螺栓5，螺栓直徑4mm，長度為180mm，鑰螺栓5和鑰螺母4將不銹鋼板、氧化鋯保溫磚拼接的氧化鋯保溫層及多層鑰片連接在一起。 結(jié)合圖2-圖4，氧化鋯保溫層由4個(gè)扇形氧化鋯纖維磚組成，外徑D2=320mm，內(nèi)徑Dl=90mm,厚度h=10mm，在對應(yīng)鑰螺栓位置開有8個(gè)圓形通孔7，圓形通孔7直徑為D3。相鄰氧化鋯纖維磚之間設(shè)置有相配合的半圓形定位突起和定位凹槽，定位突起和定位凹槽的半徑分別為Rl=5mm、R2=5.2mm。結(jié)合圖5，多層鑰片由采用金屬鑰制成，為圓形，數(shù)量為7片，外徑D4=320mm,最上層2片和最下層2片厚度為3mm,中間層鑰片厚度為2mm,多層鑰片間通過高度為12mm的鑰螺母隔開；多層鑰片上開有圓形中心孔和2個(gè)矩形觀察孔6，最上層鑰片圓形中心孔直徑50mm，從上到下每層鑰片中心孔直徑比上一層大3mm，2個(gè)矩形觀察孔互相成90°夾角，位于圓形中心孔邊緣，最上層矩形觀察孔長度80mm，寬度30mm，從上到下每層鑰片矩形觀察孔長度和寬度分別比上一層大3mm。本實(shí)施例適用于生長重量為31公斤大尺寸藍(lán)寶石單晶的 單晶爐。
權(quán)利要求
1.一種藍(lán)寶石單晶爐上部保溫結(jié)構(gòu)，其特征在于該結(jié)構(gòu)由上至下依次為圓形支撐結(jié)構(gòu)、氧化鋯保溫層和鑰隔熱屏，固定支撐結(jié)構(gòu)為單層圓形不銹鋼板，鑰隔熱屏由多層鑰片組成，氧化鋯保溫層由氧化鋯纖維燒結(jié)制得的氧化鋯磚組接而成，鑰片上開有圓形中心孔和矩形觀察孔，圓形支撐結(jié)構(gòu)、氧化鋯保溫層和鑰隔熱屏之間采用鑰螺栓和鑰螺母連接固定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種藍(lán)寶石單晶爐上部保溫結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的單層圓形不銹鋼板厚度為5 20mm，外徑40(T600mm，內(nèi)徑18(T280mm，沿單層圓形不銹鋼板上直徑為20(T300mm圓周上均勻分布有4 10個(gè)鑰螺栓，鑰螺栓直徑4飛mm，長度為15(T400mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種藍(lán)寶石單晶爐上部保溫結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的氧化鋯保溫層為圓環(huán)形，外徑300 500臟，內(nèi)徑90 250臟，厚度10 30臟。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種藍(lán)寶石單晶爐上部保溫結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的氧化鋯保溫層為由21塊扇形氧化鋯纖維磚拼接組成的圓環(huán)形塊體。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種藍(lán)寶石單晶爐上部保溫結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的氧化鋯保溫層中相鄰氧化鋯 纖維磚間由廣4組相配合的半圓形定位凹槽與定位突起固定，定位凹槽與定位突起半圓半徑5 10mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種藍(lán)寶石單晶爐上部保溫結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的氧化鋯保溫層上對應(yīng)單層圓形不銹鋼板與鑰片連接鑰螺栓的位置設(shè)置有圓形通孔，圓形通孔直徑較鑰螺栓直徑大f 5mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種藍(lán)寶石單晶爐上部保溫結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的鑰片為圓形，共5 15層，夕卜徑300 500mm,厚度0.5 4mm,間距5 12mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種藍(lán)寶石單晶爐上部保溫結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的鑰片上開有圓形中心孔和2個(gè)矩形觀察孔，最上層鑰片圓形中心孔直徑3(Tl00mm，從上到下每層鑰片中心孔直徑比上一層大f 5mm，2個(gè)矩形觀察孔互相成90°夾角，位于圓形中心孔邊緣，最上層矩形觀察孔長度5(Tl50mm，寬度3(T60mm，從上到下每層鑰片矩形觀察孔長度和寬度分別比上一層大l 5mm。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種藍(lán)寶石單晶爐上部保溫結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)由上至下依次為圓形支撐結(jié)構(gòu)、氧化鋯保溫層和鉬隔熱屏，固定支撐結(jié)構(gòu)為單層圓形不銹鋼板，鉬隔熱屏由多層鉬片組成，氧化鋯保溫層由氧化鋯纖維燒結(jié)制得的氧化鋯磚組接而成，鉬片上開有圓形中心孔和矩形觀察孔，圓形支撐結(jié)構(gòu)、氧化鋯保溫層和鉬隔熱屏之間采用鉬螺栓和鉬螺母連接固定。本發(fā)明能夠減少上部熱量損失，增強(qiáng)保溫效果，建立合理溫度梯度，使溫場更加易于調(diào)節(jié)，從而解決傳統(tǒng)泡生法單晶爐中使用的鉬上隔熱屏結(jié)構(gòu)在高溫環(huán)境下使用過程中爐內(nèi)上部散熱快，溫場不夠合理，溫度調(diào)節(jié)難控制等問題。
文檔編號(hào)C30B29/20GK103233270SQ201310151068
公開日2013年8月7日 申請日期2013年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月27日
發(fā)明者左洪波, 楊鑫宏, 丁廣博 申請人:哈爾濱奧瑞德光電技術(shù)股份有限公司