[发明专利]一种大尺寸蓝宝石单晶炉保温结构

说明书

（一）技术领域

本发明涉及一种蓝宝石单晶生长炉中的热场保温结构，具体涉及一种泡生法生长大尺寸蓝宝石的单晶炉中的保温结构。

（二）背景技术

蓝宝石(Sapphire)是一种氧化铝(α-Al₂O₃)的单晶，光学、机械和化学性能优异，另外，因其具有强度高、硬度大、耐冲刷的特点，可在接近2000℃高温的恶劣条件下工作，被广泛的应用于红外军事装置、卫星空间技术、高强度激光的窗口材料。其独特的晶格结构、优异的力学性能、良好的热学性能使蓝宝石晶体成为实际应用的半导体GaN/Al₂O₃发光二极管(LED)，大规模集成电路SOI和SOS及超导纳米结构薄膜等最为理想的衬底材料。

蓝宝石单晶生长设备结构合理是生长高品质、大尺寸蓝宝石单晶的前提条件。只有温场合理，才有可能有效控制晶体径向和轴向的温度梯度，生长出形状理想、内部缺陷少的高品质蓝宝石单晶。温场受加热系统、保温系统及冷却系统的综合影响。保温材料选择和结构设计合理，既可以有效存储热量，保证生长单晶所需的温度梯度，又可以将多余的热量及时散出，使温度更加容易调节。为防止热量散失，形成合理温场，单晶炉内各方向都进行了热防护，形成了上部、侧面和底部保温结构。保温系统主要为隔热屏，隔热屏一般采用多层耐高温金属板（如钨、钼等）。然而，金属板在反复升温降温过程中除了挥发造成损失外，还会产生较严重的热变形，因此需要经常更换，这会增加维修成本，进而提高了生产成本。可以通过两方面降低生产成本，一方面通过加强保温效果提高热能的利用率，另一方面通过延长保温结构的使用寿命可以有效降低成本。

（三）发明内容

本发明的目的在于提供一种利用氧化锆和氧化铝纤维砖优异的保温性及抗变形能力，更加有效地利用热能，减少热量损失，增强设备的稳定性，解决传统泡生法单晶炉中热能利用率低，使用的钼隔热屏结构在高温环境下挥发、变形，使用寿命短等问题的大尺寸蓝宝石单晶炉保温结构。

本发明的目的是这样实现的：它是由金属钼片、氧化锆和氧化铝纤维砖制作而成，分为上、侧和下隔热屏结构，上隔热屏包括多层钼片隔热屏及位于其上的氧化锆纤维砖保温层；侧隔热屏由内向外依次为钼隔热屏、由氧化锆纤维砖制成的氧化锆保温桶和氧化铝纤维砖制成的氧化铝保温桶；下隔热屏包括由多层钼片制成的钼隔热结构及底部由氧化锆和氧化铝纤维砖制成的氧化锆保温层和氧化铝保温层。

本发明还有这样一些特征：

1、所述的上隔热屏还包括固定支撑结构部分，固定支撑结构部分为单层圆形不锈钢板，多层钼片隔热屏的钼片上开有圆形中心孔和矩形观察孔，固定支撑结构部分、氧化锆纤维砖保温层、多层钼片隔热屏之间采用钼螺栓和配套螺母连接固定。

2、所述的氧化锆纤维砖保温层为由扇形氧化锆纤维砖拼接的圆环状块体隔热结构，相邻氧化锆纤维砖间由相配合的半圆形定位凹槽与突起固定。

3、所述的侧隔热屏结构中钼隔热屏由多层钼桶组成，内层钼桶相对较厚，增加可用次数，以延长其使用寿命。

4、所述的氧化锆保温桶在高度方向由2层以上氧化锆纤维砖桶拼接而成，整体高度较外层氧化铝保温桶高，每层氧化锆保温桶由氧化锆环瓣拼接而成，相邻氧化锆纤维砖之间由定位凹槽与突起进行固定。

5、所述的氧化铝保温桶高度与钼隔热屏相同，在高度方向由2层以上氧化铝纤维砖桶拼接而成，每层氧化铝纤维砖桶由氧化铝环瓣拼接而成，相邻纤维砖之间由定位凹槽与突起进行固定。

6、所述的下隔热屏中钼隔热结构由多层圆形钼片组成，钼片上开有圆形中心孔，钼片间用钼螺栓和配套螺母连接固定。

7、所述的下隔热屏中底部为中间有与钼隔热结构中钼片圆形通孔直径相同的氧化锆和氧化铝纤维砖的镶嵌结构，氧化锆保温层处于上部，中间有圆形凹槽，凹槽直径为整个大尺寸蓝宝石单晶炉保温结构直径的一半，氧化铝保温层位于下部，中间有与氧化锆保温层相配合的圆形凸起。

本发明的有益效果有：氧化锆耐高温、导热系数小（氧化锆在金属氧化物当中导热系数最低），在超高温隔热应用方面具有独特优势。氧化锆纤维砖还具有良好的机械性能和精确的几何尺寸。

1.  本发明采用氧化锆与氧化铝纤维砖部分替代传统钼隔热屏结构，可有效增强炉内保温效果，防止热量快速流失，减少电耗。

2. 本发明采用氧化锆与氧化铝纤维砖部分替代传统钼隔热屏结构，可减少因钼桶挥发或高温变形而带来的维修成本，延长设备使用寿命，进而降低生产制造成本。