泡生法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泡生法藍寶石單晶爐保溫結構。它包括上部保溫結構、側部保溫結構和底部保溫結構，上部保溫結構是由圓形鉬隔熱屏及耐高溫陶瓷或纖維層組成，側部保溫結構由三部分組成，最里層為底部有圓形通孔的內表面拋光旋壓鉬筒，內表面拋光旋壓鉬筒外為陶瓷或纖維保溫筒，陶瓷或纖維保溫層外為與里層結構相同、規格不同的鉬筒，兩層鉬筒與陶瓷或纖維筒在側部形成夾層結構。本實用新型能夠增強泡生法藍寶石單晶爐的保溫效果，減小熱量流失，進而達到節約能源、降低成本的目的。
【專利說明】泡生法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爐保溫結構，具體涉及一種改進的泡生法生長大尺寸藍寶石單晶爐保溫結構。
[0003](二)
【背景技術】
[0004]藍寶石單晶具有優異的光學、力學、熱學及化學等綜合性能，被廣泛應用于航空航天、軍事與民用工業、電子技術等眾多領域，是目前GaN藍光LED外延襯底片的首選材料。商業化生長藍寶石晶體的方法主要有泡生法、熱交換法、提拉法、VHGF法等，其中泡生法因擁有綜合的技術和成本優勢，在市場上占據主導地位。
[0005]泡生法生長藍寶石單晶對爐內溫場要求非常嚴格，只有爐內溫場合理、穩定，才有可能生長出高品質藍寶石單晶。對于大尺寸藍寶石單晶的生長來說，還要求熱場在軸向能夠形成足夠大的溫度梯度。因此，單晶爐的設計，尤其是熱場的設計對于能否生長出高品質、大尺寸藍寶石單晶非常重要。
[0006]熱場主要受加熱體、保溫結構及冷卻系統設計的影響。泡生法藍寶石單晶爐的保溫結構通常采用鑰片做隔熱屏，然而，使用幾個工藝后經常因為破損或變形需要更換。若未及時更換，則會因某個方向熱量流失過快而造成爐內溫場不均勻，進而出現晶體粘堝或生長不穩定等現象。另外，保溫效果不好及頻繁更換隔熱屏也會使晶體生產成本增加。
[0007](三)
【發明內容】
[0008]本實用新型提供一種能夠使熱場在軸向具備較大的溫度梯度，形成適于生長高品質、大尺寸藍寶石單晶熱場結構的泡生法藍寶石單晶爐保溫結構。
[0009]本實用新型的目的是這樣實現的:它包括上部保溫結構、側部保溫結構和底部保溫結構，上部保溫結構是由圓形鑰隔熱屏及耐高溫陶瓷或纖維層組成，側部保溫結構由三部分組成，最里層為底部有圓形通孔的內表面拋光旋壓鑰筒，內表面拋光旋壓鑰筒外為陶瓷或纖維保溫筒，陶瓷或纖維保溫層外為與里層結構相同、規格不同的鑰筒，兩層鑰筒與陶瓷或纖維筒在側部形成夾層結構。整個夾層結構外為數層等間距的鑰筒隔熱屏，最外層鑰筒與爐體不銹鋼桶之間為填充的氧化鋁空心球；底部保溫結構包括耐高溫陶瓷或纖維保溫結構、多層鑰片隔熱屏結構及最底層的氧化鋁纖維磚結構，三層結構中心留有與支柱直徑相匹配的圓形通孔。
[0010]本實用新型還有這樣一些特征:
[0011]1、所述的上部保溫結構的頂部為鑰片包圍密封的陶瓷或纖維保溫層，底部為5~10層圓形鑰片隔熱屏，通過不銹鋼支架整體用鑰螺栓和配套螺母連接固定，并在中心留有觀察孔。
[0012]2、所述的側部保溫結構中最里層內表面拋光旋壓鑰筒厚度為2~4_，內表面拋光旋壓鑰筒外為一體或由41塊厚度為15~40mm耐高溫陶瓷或纖維材料拼接而成的保溫筒，相鄰耐高溫陶瓷或纖維材料之間通過定位凹槽和突起固定，保溫筒外部鑰筒壁厚為
0.5~2mm。用鉚釘在頂部固定兩層鑰筒，形成夾層結構。
[0013]3、所述的側部保溫結構中在夾層結構外為3飛層鑰筒隔熱屏，厚度為0.2^0.4mm,相鄰鑰筒層間用弧形鑰片支撐。
[0014]4、所述的底部保溫結構中頂層的耐高溫陶瓷或纖維材料保溫層厚度為15~30mm，鑰片隔熱屏為10-15層。
[0015]本實用新型在前期授權專利號ZL200920100239.0與ZL201320222749.1中公布的冷心放肩微量提拉法(改進的泡生法)藍寶石單晶生長爐結構的基礎上，對藍寶石單晶爐的保溫結構進行改進，以便增強泡生法藍寶石單晶爐的保溫效果，減小熱量流失，進而達到節約能源、降低成本的目的。同時，使熱場在軸向具備較大的溫度梯度，形成適于生長高品質、大尺寸藍寶石單晶的熱場結構。氧化鋯、碳纖維、氧化鎂等材料以其耐高溫、導熱系數小的特點，在高溫隔熱應用方面具有獨特優勢。
[0016]本實用新型的有益效果有:
[0017]1.本實用新型的單晶爐保溫結構中，側部保溫內層為內表面拋光旋壓鑰筒，因表面光潔度好，熱輻射反射率高，減少了熱量損失，進而降低了晶體生長的電耗成本。
[0018]2.本實用新型的單晶爐保溫結構中，側部保溫鑰筒-耐高溫陶瓷或纖維-鑰筒的夾層設計隔熱材料既可以利用耐高溫陶瓷或纖維材料保溫效果好的優勢，又可以有效控制因陶瓷或纖維保溫層純度較低，高溫下雜質揮發造成的污染。
[0019]3.本實用新型的單晶爐保溫結構中，旋壓鑰筒為半封閉結構，與傳統側隔熱屏與下隔熱屏相互獨立設計來說，避免了由于鑰屏變形使某個方向熱量流失過快而造成爐內溫場不均勻，進而出現晶體粘堝或生長不穩定等現象。
[0020]4.本實用新型的單晶爐保溫結構中，采用較厚的旋壓鑰桶與耐高溫陶瓷或纖維保溫層相結合的設計方式，可有效減少高溫下保溫材料的變形，既延長了保溫材料的使用壽命，降低了生產成本，又保證了單晶爐的保溫效果，使爐內溫場穩定，利于生長出高品質藍寶石單晶。
[0021]本實用新型熱場保溫結構整體設計合理，底部保溫效果更好，有利于形成較大的軸向溫度梯度，適于生長大尺寸藍寶石單晶，且生長出的藍寶石單晶內應力小。
[0022](四)
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023]圖1為本實用新型結構示意圖。
[0024](五)
【具體實施方式】
[0025]下面結合附圖和【具體實施方式】對本實用新型作進一步的說明:
[0026]結合圖1，本實施例結構包括上部、側部、及底部保溫結構。上部保溫結構是由圓形鑰隔熱屏I及耐高溫陶瓷或纖維層2組成，耐高溫陶瓷或纖維層2為耐高溫、導熱系數小的陶瓷或纖維保溫材料(如氧化鋯纖維磚、碳氈、氧化鎂陶瓷等)，通過不銹鋼支架3整體用鑰螺栓和配套螺母連接固定。耐高溫陶瓷或纖維層由兩個鑰片結構將耐高溫陶瓷或纖維密封起來，該結構中心有生長過程用于觀察的通孔；側部保溫結構壁由三部分組成，最里層為底部有圓形通孔14的內表面拋光旋壓鑰筒4，旋壓鑰筒外為耐高溫陶瓷或纖維制成的保溫筒層5，陶瓷或纖維保溫層外為與里層結構相同、規格不同的鑰筒6，兩層鑰筒與氧化鋯纖維磚筒在側部形成夾層結構。整個夾層結構外為數層等間距的鑰筒隔熱屏8，最外層鑰筒9與爐體不銹鋼桶之間為填充的氧化鋁空心球10。底部保溫結構中上面為耐高溫陶瓷或纖維結構11，下面為多層鑰片隔熱屏結構12，耐高溫陶瓷或纖維結構11與多層鑰片隔熱屏結構12處于內表面拋光旋壓4與鑰筒6之間，最底層為氧化鋁纖維磚結構13，三層結構中心留有與支柱直徑相匹配的圓形通孔14。
[0027]本實用新型也不僅限于圖中結構，也可以將側面與底部陶瓷或纖維保溫層5和11直接置于內表面拋光旋壓4與鑰筒6之間，底部同樣再依次為下隔熱屏12及氧化鋁纖維磚結構13。
【權利要求】
1.一種泡生法藍寶石單晶爐保溫結構，它包括上部保溫結構、側部保溫結構和底部保溫結構，其特征在于上部保溫結構是由圓形鑰隔熱屏及耐高溫陶瓷或纖維層組成，側部保溫結構由三部分組成，最里層為底部有圓形通孔的內表面拋光旋壓鑰筒，內表面拋光旋壓鑰筒外為陶瓷或纖維保溫筒，陶瓷或纖維保溫層外為與里層結構相同、規格不同的鑰筒，兩層鑰筒與陶瓷或纖維筒在側部形成夾層結構，整個夾層結構外為數層等間距的鑰筒隔熱屏，最外層鑰筒與爐體不銹鋼桶之間為填充的氧化鋁空心球；底部保溫結構包括耐高溫陶瓷或纖維保溫結構、多層鑰片隔熱屏結構及最底層的氧化鋁纖維磚結構，三層結構中心留有與支柱直徑相匹配的圓形通孔。
2.根據權利要求1所述的泡生法藍寶石單晶爐保溫結構，其特征在于所述的上部保溫結構的頂部為鑰片包圍密封的陶瓷或纖維保溫層，底部為5~10層圓形鑰片隔熱屏，通過不銹鋼支架整體用鑰螺栓和配套螺母連接固定，并在中心留有觀察孔。
3.根據權利要求2所述的泡生法藍寶石單晶爐保溫結構，其特征在于所述的側部保溫結構中最里層內表面拋光旋壓鑰筒厚度為2~4mm，內表面拋光旋壓鑰筒外為一體或由4-8塊厚度為15~40_耐高溫陶瓷或纖維材料拼接而成的保溫筒，相鄰耐高溫陶瓷或纖維材料之間通過定位凹槽和突起固定，保溫筒外部鑰筒壁厚為0.5~2mm，用鉚釘在頂部固定兩層鑰筒，形成夾層結構。
4.根據權利要求3所述的泡生法藍寶石單晶爐保溫結構，其特征在于所述的側部保溫結構中在夾層結構外為3-5層鑰筒隔熱屏，厚度為0.2^0.4mm，相鄰鑰筒層間用弧形鑰片支撐。
5.根據權利要求4所述的泡 生法藍寶石單晶爐保溫結構，其特征在于所述的底部保溫結構中頂層的耐高溫陶瓷或纖維材料保溫層厚度為15~30mm，鑰片隔熱屏為10-?5層。
【文檔編號】C30B17/00GK203923453SQ201420291904
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年6月4日 優先權日:2014年6月4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