[实用新型]人工宝石结晶退火合成炉

说明书

本实用新型公开一种用于焰熔法晶体生长的人工宝石结晶退火合成炉，该合成炉利用硅钼棒良好的热传导性，将高温区的热量传向炉膛下部低温区，在升降杆下降晶体生长的过程中，晶棒下部处于退火温场之中。硅钼棒密排于钛反射屏圆周内形成炉膛，下封板在不锈钢保温筒和钛反射屏夹层圆周间开排孔，氢氧尾焰通过排孔包覆在钛反射屏进行加热。控制氢氧气流量、下料速度、结晶位置的稳定和统一，减小晶棒上部高温结晶区和晶棒下部退火温场的温度梯度，消除晶体内应力、位错密度，产品结晶、退火一体完成，节约了生产时间、能源、场地、人力以及昂贵的退火设备成本。

技术领域

本实用新型涉及一种焰熔法人工宝石结晶退火合成炉，该宝石晶棒生长及退火过程在一个炉膛中完成。

背景技术

焰熔法生长宝石装置由供料系统、燃烧系统、生长系统组成。下料斗落下的AI₂O₃粉末经过氢氧火焰熔融，并落在升降杆晶仔上，逐渐长成一个晶棒。现有技术炉膛为耐火砖围砌的保温炉，保持燃烧温度及晶体生长温度，保证熔滴温度缓慢下降，近上部有一个观察孔，可了解晶体生长情况。焰熔法缺点是火焰气体的温度不可能控制得很稳定，由此造成的温度变化使晶体产生较大的内应力，通常需要高温退火炉，将晶棒装炉缓慢升温几小时，恒温保温，再慢慢降至室温以减少热应力。湖南顶立科技有限公司所售型号VVA3650SH真空/气氛双功能蓝宝石退火炉，单台配电功率220KW，工艺过程及冷却用氩气，价格高达近百万。

发明内容

本实用新型要解决的问题在于提供一种利用人工宝石结晶炉实现退火功能，称为人工宝石结晶退火合成炉，在晶体头部生长过程同时对晶体下部进行退火处理。

本实用新型的上述技术问题是通过提供一种改变炉体保温结构和材料来解决的，该合成炉包括：固定于上封板和底座两端做外壳的不锈钢保温筒，固定于上封板和下封板两端做内壳的钛反射屏，固定于下料斗和下封板两端的硅钼棒，其硅钼棒密排于钛反射屏圆周内形成炉膛，下封板在不锈钢保温筒和钛反射屏夹层圆周间开排孔进入尾焰加热区。

作为本实用新型的进一步改进，上述不锈钢保温筒中空由不锈钢板卷圆筒焊接而成，同样，上述钛反射保温筒中空由钛板卷圆筒焊接而成。

作为本实用新型的更进一步改进，所述上封板顶部和下料斗外围等距平置多层反射片。

采用上述结构之后，利用高温结晶区氢氧焰流入尾焰加热区，利用硅钼棒良好的热传导性，将高温区的热量传向下部，尽可能提升下部退火温场温度，使得炉膛上下温度趋于一致，保证晶体生长的温度梯度。当高温结晶区生长的晶棒下部逐渐进入所述退火温场之中时，达到原位退火。晶棒在长晶的同时进行退火，节省了退火工序以及昂贵的退火炉设备成本。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。

图1为本实用新型人工宝石结晶退火合成炉剖面图。

图2为图1所示人工宝石结晶退火合成炉A-A剖面图。

具体实施方式

在图1中示出了料斗12的粉料通过氢氧焰熔化成小液滴，并洒落在高温结晶区11的种晶10熔融表面上，高纯Al₂O₃的熔点为2050℃，氢氧燃烧温度为2500℃，种晶10随升降杆8慢慢下来，使熔融部分降到温度稍低的区域而结晶，并控制在一定的位置上，晶体就在种晶10处慢慢长大成为晶棒9（虚线部分）。箭头所示氢氧尾焰穿过下封板6进入尾焰加热区5对钛反射屏3加热，充分利用氢氧燃烧火焰，圆形钛反射屏3对硅钼棒2排列的炉膛保持温度，不锈钢保温筒4对整体进一步保温，顶部加多层反射片13，防止热量散失。

图2可以看到，钛反射屏3内密排硅钼棒2有十一支，硅钼棒作为电热元件具有良好的热传导性以及高温抗氧化性，整个工艺的关键是采用钛反射屏3和不锈钢保温筒4双重结构来减少晶棒9上下两端的温度梯度。在晶体停止生长后，炉内温度冷却速度对晶体质量有相当大的影响，一要保持气体流量、下料速度、结晶位置的稳定，二要晶体生长时间和退火处理时间彼此的密切配合，在一定的时长控制或抑制晶体内应力的生成，使成品克服易裂，表面脆性大的缺陷。本实用新型氧气管从下料斗12间隙通入，与原料粉末一同下落到燃烧系统，氢气从火焰上方喷嘴处与氧气混合燃烧。