一種大尺寸藍寶石單晶爐保溫結構的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種大尺寸藍寶石單晶爐保溫結構。它是由金屬鉬片、氧化鋯和氧化鋁纖維磚制作而成，它包括上、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。本實用新型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。
【專利說明】一種大尺寸藍寶石單晶爐保溫結構
[0001](一)【技術領域】
[0002]本實用新型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。
[0003](二)【背景技術】
[0004]藍寶石(Sapphire)是一種氧化鋁(C1-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°C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GaNAl2O3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。
[0005]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、鑰等)。然而，金屬板在反復升溫降溫過程中除了揮發造成損失夕卜，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。
[0006](三)
【發明內容】

[0007]本實用新型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，使用的鑰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。
[0008]本實用新型的目的是這樣實現的:它是由金屬鑰片、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，上隔熱屏包括多層鑰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鑰隔熱屏、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鑰片制成的鑰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。
[0009]本實用新型還有這樣一些特征:
[0010]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，多層鑰片隔熱屏的鑰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、多層鑰片隔熱屏之間采用鑰螺栓和配套螺母連接固定。
[0011]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。
[0012]3、所述的側隔熱屏結構中鑰隔熱屏由多層鑰桶組成，內層鑰桶厚度相對外層鑰桶厚度較厚，增加可用次數，以延長其使用壽命。
[0013]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。
[0014]5、所述的氧化鋁保溫桶高度與鑰隔熱屏相同，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。
[0015]6、所述的下隔熱屏中鑰隔熱結構由多層圓形鑰片組成，鑰片上開有圓形中心孔，鑰片間用鑰螺栓和配套螺母連接固定。
[0016]7、所述的下隔熱屏中底部為中間有與鑰隔熱結構中鑰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。
[0017]本實用新型的有益效果有: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。
[0018]1.本實用新型采用氧化鋯與氧化鋁纖維磚部分替代傳統鑰隔熱屏結構，可有效增強爐內保溫效果，防止熱量快速流失，減少電耗。
[0019]2.本實用新型采用氧化鋯與氧化鋁纖維磚部分替代傳統鑰隔熱屏結構，可減少因鑰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。
[0020]3.本實用新型中氧化鋯和氧化鋁保溫層均由若干塊纖維磚拼接而成，可減少因反復熱脹冷縮造成的開裂。
[0021]4.本實用新型中在氧化鋯保溫桶外同樣制作一層氧化鋁纖維磚保溫桶，可避免氧化鋯保溫層內外溫差過大而引起保溫磚開裂。
[0022]5.本實用新型中采用氧化鋯與氧化鋁纖維磚配合方式，由于材料強度大，高溫穩定性好，側屏與下屏接合緊密接觸，防止底部因變形而造成熱量流失，進一步增強了內部溫場的穩定性。
[0023]6.本實用新型中氧化鋯保溫層高于氧化鋁保溫層，即能防止鑰屏過高造成短路，又可以解決頂部的熱量流失過快的問題。
[0024]本實用新型是在前期授權專利號ZL200920100239.0、ZL201120081033.5及ZL201320222749.1中公布的藍寶石單晶生長爐保溫結構的基礎上進行進一步優化，采用三種保溫材料相配合，可有效增強爐內溫場的穩定性。該實用新型中對爐體頂部，側壁和底部都進行了設計，形成一個整體密封的保溫系統，具備了大尺寸藍寶石單晶穩定生長所需的必備條件。
[0025](四)【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1為本實用新型大尺寸藍寶石單晶爐保溫結構示意圖。
[0027](五)【具體實施方式】
[0028]下面結合附圖對本實用新型進行詳細說明。
[0029]結合圖1，本實施例大尺寸藍寶石單晶爐保溫結構分為上、側和下隔熱屏。上隔熱屏包括多層鑰片隔熱屏I及位于其上的氧化鋯纖維磚保溫層2 ;多層鑰片隔熱屏I中圓形鑰片中間由上至下設置有逐漸增大的中心孔和矩形觀察窗；側隔熱屏由內向外依次為鑰隔熱屏3、由氧化鋯纖維磚制成的氧化鋯保溫桶4和氧化鋁纖維磚制成的氧化鋁保溫桶5 ;鑰隔熱屏3由多層同軸但直徑不同的鑰桶組成；下隔熱屏包括由多層鑰片制成的鑰隔熱結構6及底部由氧化鋯和氧化鋁纖維磚制成的氧化鋯保溫層7和氧化鋁保溫層8。鑰隔熱結構6及氧化鋯保溫層7和氧化鋁保溫層8中心設置有用于穿過支柱的孔9。
【權利要求】
1.一種大尺寸藍寶石單晶爐保溫結構，其特征在于它包括上、側和下隔熱屏結構，上隔熱屏包括多層鑰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鑰隔熱屏、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鑰片制成的鑰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。
2.根據權利要求1所述的一種大尺寸藍寶石單晶爐保溫結構，其特征在于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，多層鑰片隔熱屏的鑰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、多層鑰片隔熱屏之間采用鑰螺栓和配套螺母連接固定。
3.根據權利要求2所述的一種大尺寸藍寶石單晶爐保溫結構，其特征在于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。
4.根據權利要求3所述的一種大尺寸藍寶石單晶爐保溫結構，其特征在于所述的側隔熱屏結構中鑰隔熱屏由多層鑰桶組成，內層鑰桶厚度相對外層鑰桶厚度較厚。
5.根據權利要求4所述的一種大尺寸藍寶石單晶爐保溫結構，其特征在于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。
6.根據權利要求5所述的一種大尺寸藍寶石單晶爐保溫結構，其特征在于所述的氧化鋁保溫桶高度與鑰隔熱屏相同，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。
7.根據權利要求6所述的一種大尺寸藍寶石單晶爐保溫結構，其特征在于所述的下隔熱屏中鑰隔熱結構由多層圓形鑰片組成，鑰片上開有圓形中心孔，鑰片間用鑰螺栓和配套螺母連接固定。
8.根據權利要求7所述的一種大尺寸藍寶石單晶爐保溫結構，其特征在于所述的下隔熱屏中底部為中間有與鑰隔熱結構中鑰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。
【文檔編號】C30B17/00GK203741457SQ201420049872
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年1月26日 優先權日:2014年1月26日
【發明者】左洪波, 楊鑫宏, 張學軍, 李鐵 申請人:哈爾濱奧瑞德光電技術股份有限公司