一种蓝宝石长晶炉保温装置的制作方法
专利名称：一种蓝宝石长晶炉保温装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及ー种蓝宝石长晶炉保温装置。
背景技术：
蓝宝石晶体由于具有高強度、高硬度，耐高温、耐磨擦、化学稳定性好等一系列优良的综合物化性能，是GaN基LED外延生长的商业化衬底材料， 占市场95%，是半导体照明技术和产业的基础材料。蓝宝石晶体的熔点高达2050°C，生长极其困难，直径200mm以上的蓝宝石晶体主要有泡生法和热交换法，热交换法是目前世界上稳定生长最大尺寸和最高光学质量的蓝宝石晶体的唯一方法，它可以独立控制晶体中温度梯度和熔体中温度梯度，有利于生长高质量、大尺寸的蓝宝石晶体。目前可以量产100公斤蓝宝石光学晶体。热交换法使用的长晶炉就是在真空石墨电阻炉的底部装上一个钨钥制成的热交换器，内有冷却氦气流过，把装有原料的坩埚放在热交換器的顶端，两者中心相互重合，而籽晶置于坩埚底部的中心处，当坩埚内的原料被加热熔化以后，此时，由于氦气流经热交換器冷却，使籽晶并未熔化，当氦气流量逐渐加大后，则从熔体带走的热量亦相应增加，使籽晶逐渐长大，最后使整个坩埚内的熔体全部凝固。热交换法生产蓝宝石晶体周期很长，15天以上，所需要的加热功率很高。根据长晶エ艺及经验，长晶开始前的热平衡阶段决定了长晶时的功率，提高热场的保温性能有助于降低长晶阶段的加热功率。对整个热场而言，热量的泄漏除了三个电极孔之外，开ロ环与下部保温层之间的缝隙也是泄漏的ー个主要通道。该处热量的泄漏有以下问题
I)热量的泄漏就是热能的浪费，会增加蓝宝石生产过程中的加热功率，毎次生长需要更多的能耗，不利于节能和环保。2)热量的泄漏会降低加热器或坩埚内的温度场的空间，温度场限制了更大、更高晶体的生产，也会降低目前生产的蓝宝石晶体的内部质量。
发明内容
本发明根据现有设备的不足，提供了ー种可重复使用的长晶炉保温装置，安装在热场开ロ环和下部保温层之间或结合部边缘，可以降低热辐射所产生的能量损耗，提高蓝宝石晶体的内在质量，为生产更大尺寸的蓝宝石晶体改善了物质基础。本发明的技术路线
ー种蓝宝石长晶炉保温装置，其特征在于该保温装置包括
石墨毡垫片，由置于石墨开ロ环和下部保温层之间、形状与保温层截面相同的三个扇形软毡组成，用于减小石墨开ロ环和下部保温层之间的缝隙，
石墨毡包围，长度与保温层外周相等的方形石墨软毡，其上含有三个底部开ロ的电极孔，安装在电极保护套上用于包覆石墨开ロ环和下部保温层之间的缝隙。
由于蓝宝石长晶炉中石墨开ロ环和下部保温层之间表面上看是平面接触，但放大以后可知，由于石墨开ロ环和下部保温层的表面光滑度不够，两者之间实际上为多点接触，存在较大的缝隙。本发明方案通过石墨毡的软性材料与石墨开ロ环和下部保温层表面接触，可大大增大接触面积，从而引起两者的缝隙大大减小。进ー步地，所述扇形垫片之间设有连接片。在垫片之间设置连接片的目的在于覆盖电极保护套的露出部分，減少电极保护套与石墨开ロ环的缝隙。进ー步地，所述扇形垫片上表面呈内凹弧形。弧形表面有利于垫片边沿与电极保护套无缝连接。其中，扇形软毡的规格尺寸与长晶炉两个电极之间保温层截面积相同。将扇形软毡安放在开ロ环和下部保温层之间可以使两者之间的 缝隙减小。方形石墨软毡的长度跟热场外周长相等，根据电极在热场中的位置，在软毡上开三个电极孔，同时在电极孔的底部开槽。方形石墨软毡可以安装在电极保护套上，同时缠绕开ロ环与下部保温层之间的缝隙。本发明保温装置通过对开ロ环与下部保温层之间缝隙的有效填塞和遮挡，可以降低热量泄漏，从而提高热场效率，降低能耗。两种软毡的材质与热场中软毡的材质相同，可以有效避免引入其他杂质，从而避免影响晶体的品质。
图I为应用本发明的蓝宝石长晶炉结构剖视图。图2为本发明石墨毡垫片结构示意图。图3为应用本发明石墨毡垫片的蓝宝石长晶炉部分结构示意图。图4为本发明石墨毡包围展开结构示意图。图5为本发明石墨毡剖视结构示意图。图6为应用本发明石墨毡包围的蓝宝石长晶炉部分结构示意图。图7为应用本发明石墨毡垫片的蓝宝石长晶炉结构剖视图。图8为本发明石墨毡垫片及连接片结构示意图。其中，炉壁1，石墨毡包围2，电极3，电极保护套4，石墨毡垫片5，石墨护筒6，加热器7，炉膛8，石墨开ロ环9，保温层10，连接片11，电极孔21，开ロ 22，底部52，端部51。
具体实施例方式以下结合附图对本发明作进ー步的描述。如图I所不，本方案保温装直包括石星租包围2和石星租塾片5。其中，如图2所示的石墨毡垫片5垫设于石墨开ロ环9和下部保温层10之间(如图3所示)，由形状与下部保温层10横截面相同的三个扇形软毡组成，用于填补石墨开ロ环9和下部保温层10之间的缝隙。优化地，该石墨毡垫片5之间可设置连接片11，如图8所示，用于进ー步弥补石墨开ロ环9和下部保温层10之间电极保护套4部分的缝隙；石墨毡垫片5的横截面可以是矩形或如图6所示的内凹弧形表面，端部51与电极保护套4无缝相接。其中端部51高于底部52。石墨毡包围2结构如图4所示，为ー长度与下部保温层10外周相等的方形石墨软毡，其上含有三个底部开ロ 22的电极孔21，安装在电极保护套上用于包覆石墨开ロ环9和下部保温层10之间的缝隙，其安装位置如图5所示。本发明还可根据具体需要仅单独使用石墨毡包围或石墨毡垫片，如图7所示为单独使用石墨毡垫片5的结构示意图。
其中，一种进ー步的优化方案是将开ロ环9的下部削尖，保温层10上部相应做出结构改变，形成ー个契型结构，然后再将石墨毡垫片5和石墨毡包围2加入，利用保温层10的坡度阻挡热量的向外散发。
权利要求
1.ー种蓝宝石长晶炉保温装置，其特征在于该保温装置包括 石墨毡垫片，由置于石墨开ロ环和下部保温层之间、形状与保温层截面相同的三个扇形软毡组成，用于减小石墨开ロ环和下部保温层之间的缝隙， 石墨毡包围，长度与保温层外周相等的方形石墨软毡，其上含有三个底部开ロ的电极孔，安装在电极保护套上用于包覆石墨开ロ环和下部保温层之间的缝隙。
2.根据权利要求I所述的蓝宝石长晶炉保温装置，其特征在于所述扇形垫片之间设有连接片。
3.根据权利要求I所述的蓝宝石长晶炉保温装置，其特征在于所述扇形垫片上表面呈内凹弧形。
全文摘要
本发明涉及一种蓝宝石长晶炉保温装置。该保温装置包括石墨毡垫片，由置于石墨开口环和下部保温层之间、形状与保温层截面相同的三个扇形软毡组成，用于减小石墨开口环和下部保温层之间的缝隙，石墨毡包围，长度与保温层外周相等的方形石墨软毡，其上含有三个底部开口的电极孔，安装在电极保护套上用于包覆石墨开口环和下部保温层之间的缝隙。本发明保温装置安装在热场开口环和下部保温层之间或结合部边缘，可以降低热辐射所产生的能量损耗，提高蓝宝石晶体的内在质量，为生产更大尺寸的蓝宝石晶体改善了物质基础。
文档编号C30B29/20GK102677169SQ201210122488
公开日2012年9月19日 申请日期2012年4月24日 优先权日2012年4月24日
发明者吴云才, 周国清, 周林, 罗庆波, 虞希高 申请人:浙江上城科技有限公司
技术领域：
本发明涉及ー种蓝宝石长晶炉保温装置。
背景技术：
蓝宝石晶体由于具有高強度、高硬度，耐高温、耐磨擦、化学稳定性好等一系列优良的综合物化性能，是GaN基LED外延生长的商业化衬底材料， 占市场95%，是半导体照明技术和产业的基础材料。蓝宝石晶体的熔点高达2050°C，生长极其困难，直径200mm以上的蓝宝石晶体主要有泡生法和热交换法，热交换法是目前世界上稳定生长最大尺寸和最高光学质量的蓝宝石晶体的唯一方法，它可以独立控制晶体中温度梯度和熔体中温度梯度，有利于生长高质量、大尺寸的蓝宝石晶体。目前可以量产100公斤蓝宝石光学晶体。热交换法使用的长晶炉就是在真空石墨电阻炉的底部装上一个钨钥制成的热交换器，内有冷却氦气流过，把装有原料的坩埚放在热交換器的顶端，两者中心相互重合，而籽晶置于坩埚底部的中心处，当坩埚内的原料被加热熔化以后，此时，由于氦气流经热交換器冷却，使籽晶并未熔化，当氦气流量逐渐加大后，则从熔体带走的热量亦相应增加，使籽晶逐渐长大，最后使整个坩埚内的熔体全部凝固。热交换法生产蓝宝石晶体周期很长，15天以上，所需要的加热功率很高。根据长晶エ艺及经验，长晶开始前的热平衡阶段决定了长晶时的功率，提高热场的保温性能有助于降低长晶阶段的加热功率。对整个热场而言，热量的泄漏除了三个电极孔之外，开ロ环与下部保温层之间的缝隙也是泄漏的ー个主要通道。该处热量的泄漏有以下问题
I)热量的泄漏就是热能的浪费，会增加蓝宝石生产过程中的加热功率，毎次生长需要更多的能耗，不利于节能和环保。2)热量的泄漏会降低加热器或坩埚内的温度场的空间，温度场限制了更大、更高晶体的生产，也会降低目前生产的蓝宝石晶体的内部质量。
发明内容
本发明根据现有设备的不足，提供了ー种可重复使用的长晶炉保温装置，安装在热场开ロ环和下部保温层之间或结合部边缘，可以降低热辐射所产生的能量损耗，提高蓝宝石晶体的内在质量，为生产更大尺寸的蓝宝石晶体改善了物质基础。本发明的技术路线
ー种蓝宝石长晶炉保温装置，其特征在于该保温装置包括
石墨毡垫片，由置于石墨开ロ环和下部保温层之间、形状与保温层截面相同的三个扇形软毡组成，用于减小石墨开ロ环和下部保温层之间的缝隙，
石墨毡包围，长度与保温层外周相等的方形石墨软毡，其上含有三个底部开ロ的电极孔，安装在电极保护套上用于包覆石墨开ロ环和下部保温层之间的缝隙。
由于蓝宝石长晶炉中石墨开ロ环和下部保温层之间表面上看是平面接触，但放大以后可知，由于石墨开ロ环和下部保温层的表面光滑度不够，两者之间实际上为多点接触，存在较大的缝隙。本发明方案通过石墨毡的软性材料与石墨开ロ环和下部保温层表面接触，可大大增大接触面积，从而引起两者的缝隙大大减小。进ー步地，所述扇形垫片之间设有连接片。在垫片之间设置连接片的目的在于覆盖电极保护套的露出部分，減少电极保护套与石墨开ロ环的缝隙。进ー步地，所述扇形垫片上表面呈内凹弧形。弧形表面有利于垫片边沿与电极保护套无缝连接。其中，扇形软毡的规格尺寸与长晶炉两个电极之间保温层截面积相同。将扇形软毡安放在开ロ环和下部保温层之间可以使两者之间的 缝隙减小。方形石墨软毡的长度跟热场外周长相等，根据电极在热场中的位置，在软毡上开三个电极孔，同时在电极孔的底部开槽。方形石墨软毡可以安装在电极保护套上，同时缠绕开ロ环与下部保温层之间的缝隙。本发明保温装置通过对开ロ环与下部保温层之间缝隙的有效填塞和遮挡，可以降低热量泄漏，从而提高热场效率，降低能耗。两种软毡的材质与热场中软毡的材质相同，可以有效避免引入其他杂质，从而避免影响晶体的品质。
图I为应用本发明的蓝宝石长晶炉结构剖视图。图2为本发明石墨毡垫片结构示意图。图3为应用本发明石墨毡垫片的蓝宝石长晶炉部分结构示意图。图4为本发明石墨毡包围展开结构示意图。图5为本发明石墨毡剖视结构示意图。图6为应用本发明石墨毡包围的蓝宝石长晶炉部分结构示意图。图7为应用本发明石墨毡垫片的蓝宝石长晶炉结构剖视图。图8为本发明石墨毡垫片及连接片结构示意图。其中，炉壁1，石墨毡包围2，电极3，电极保护套4，石墨毡垫片5，石墨护筒6，加热器7，炉膛8，石墨开ロ环9，保温层10，连接片11，电极孔21，开ロ 22，底部52，端部51。
具体实施例方式以下结合附图对本发明作进ー步的描述。如图I所不，本方案保温装直包括石星租包围2和石星租塾片5。其中，如图2所示的石墨毡垫片5垫设于石墨开ロ环9和下部保温层10之间(如图3所示)，由形状与下部保温层10横截面相同的三个扇形软毡组成，用于填补石墨开ロ环9和下部保温层10之间的缝隙。优化地，该石墨毡垫片5之间可设置连接片11，如图8所示，用于进ー步弥补石墨开ロ环9和下部保温层10之间电极保护套4部分的缝隙；石墨毡垫片5的横截面可以是矩形或如图6所示的内凹弧形表面，端部51与电极保护套4无缝相接。其中端部51高于底部52。石墨毡包围2结构如图4所示，为ー长度与下部保温层10外周相等的方形石墨软毡，其上含有三个底部开ロ 22的电极孔21，安装在电极保护套上用于包覆石墨开ロ环9和下部保温层10之间的缝隙，其安装位置如图5所示。本发明还可根据具体需要仅单独使用石墨毡包围或石墨毡垫片，如图7所示为单独使用石墨毡垫片5的结构示意图。
其中，一种进ー步的优化方案是将开ロ环9的下部削尖，保温层10上部相应做出结构改变，形成ー个契型结构，然后再将石墨毡垫片5和石墨毡包围2加入，利用保温层10的坡度阻挡热量的向外散发。
权利要求
1.ー种蓝宝石长晶炉保温装置，其特征在于该保温装置包括 石墨毡垫片，由置于石墨开ロ环和下部保温层之间、形状与保温层截面相同的三个扇形软毡组成，用于减小石墨开ロ环和下部保温层之间的缝隙， 石墨毡包围，长度与保温层外周相等的方形石墨软毡，其上含有三个底部开ロ的电极孔，安装在电极保护套上用于包覆石墨开ロ环和下部保温层之间的缝隙。
2.根据权利要求I所述的蓝宝石长晶炉保温装置，其特征在于所述扇形垫片之间设有连接片。
3.根据权利要求I所述的蓝宝石长晶炉保温装置，其特征在于所述扇形垫片上表面呈内凹弧形。
全文摘要
本发明涉及一种蓝宝石长晶炉保温装置。该保温装置包括石墨毡垫片，由置于石墨开口环和下部保温层之间、形状与保温层截面相同的三个扇形软毡组成，用于减小石墨开口环和下部保温层之间的缝隙，石墨毡包围，长度与保温层外周相等的方形石墨软毡，其上含有三个底部开口的电极孔，安装在电极保护套上用于包覆石墨开口环和下部保温层之间的缝隙。本发明保温装置安装在热场开口环和下部保温层之间或结合部边缘，可以降低热辐射所产生的能量损耗，提高蓝宝石晶体的内在质量，为生产更大尺寸的蓝宝石晶体改善了物质基础。
文档编号C30B29/20GK102677169SQ201210122488
公开日2012年9月19日 申请日期2012年4月24日 优先权日2012年4月24日
发明者吴云才, 周国清, 周林, 罗庆波, 虞希高 申请人:浙江上城科技有限公司
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