[发明专利]一种蓝宝石长晶炉节能装置

说明书

技术领域

本发明属于蓝宝石长晶炉技术领域，具体涉及一种蓝宝石长晶炉节能装置。 

背景技术

蓝宝石晶体由于具有高强度、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℃,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钼制成的热交换器，内有冷却氦气流过，把装有原料的坩埚放在热交换器的顶端，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，由于氦气流经热交换器冷却，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，其长晶的特点决定了长晶炉在很长时间内都处于高温状态。现有技术蓝宝石长晶炉结构如图1所示，长晶炉加热器与三个电极相连，三个电极处存在三个孔，会产生热量泄漏。 

该处热量的泄漏有以下问题： 

1）会导致炉膛焊接薄弱处出现可能泄漏甚至裂缝，泄漏的微量水在2000度长晶炉内瞬间蒸发成气态，导致炉内压力快速上升，长晶过程失控，并且可能造成生产安全事故。

2）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，每次生长需要更多的能耗，不利于节能和环保。 

3）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

本发明根据现有技术的不足，提供了一种组装式节能装置，安装在蓝宝石长晶炉的三个电极上，既可以对炉膛焊接薄弱位置进行热防护，又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。 

本发明的具体技术方案是： 

一种蓝宝石长晶炉节能装置，其特征在于该节能装置包括一个设置于电极保护套和炉壁之间的组装式刚玉陶瓷挡圈，该挡圈横截面呈L形，包含外径大于炉壁电极孔而内径大于电极外径的圆环形挡沿，和一个内径与电极保护套一致的圆筒形底座。优化地，所述节能装置还包含一个设于电机保护套和石墨护筒之间的第二挡圈。

优化地，所述组装式挡圈由两个半圆缺拼合而成。 

优化地，所述挡圈的挡沿表面设有一条用于套接电极保护套的圆形凹槽。 

优化地，所述半圆缺通过卡扣结构相连。 

优化地，所述挡沿下部呈弧形。 

圆筒形底座可设置成一定的锥度，与炉膛相匹配，这有利于圆环与炉膛紧密接触。 

刚玉陶瓷的热传导效率较低，陶瓷环横向部分可以有效的对炉膛三个电极焊接薄弱处进行遮挡保护，有效降低电极焊缝处的实际温度，避免焊缝因热辐射而产生的应力导致开裂，同时也可以在一定程度上封闭电极石墨保护套之间的空隙，防止热量泄露，从而提高热场的热效率。 

陶瓷挡圈采用高品质刚玉烧制而成，纯度95%-99%，可以长期承受1700度以上的高温而不变形，同时刚玉的化学成分与蓝宝石相同，从而避免了将杂质引入的炉膛内，影响晶体的品质。 

由于蓝宝石长晶炉的安装条件所限，无法使挡圈和石墨保护套一体成型，因此，本方案是现有技术条件下的最佳选择。 

附图说明

图1为现有技术蓝宝石长晶炉结构示意图。 

图2为含有本发明陶瓷挡圈的蓝宝石长晶炉结构示意图。 

图3为本发明陶瓷挡圈俯视结构示意图。 

图4为本发明陶瓷挡圈剖视结构示意图。 

图5为含有本发明两个陶瓷挡圈的蓝宝石长晶炉结构示意图。 

图6为本发明弧形陶瓷挡圈剖视结构示意图。 

图7为本发明陶瓷挡圈雌雄拼合结构示意图。 

图8为本发明陶瓷挡圈台阶拼合结构示意图。