專利名稱：單晶爐用坩堝蓋的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于大尺寸藍寶石單晶生長爐技術，具體涉及大尺寸藍寶石單晶的單晶爐用坩堝蓋。
背景技術：
藍寶石是一種氧化鋁(Al2O3)單晶，屬于六方晶系，其硬度很高，莫氏硬度為9，僅次于金剛石。它還具有耐腐蝕、耐高溫、光學透過性好等優(yōu)點，可以用在各種極端或特殊環(huán)境中作為窗口材料。另外，藍寶石相較目前其它半導體襯底材料，具有較好的性價比，因此在半導體照明方面得到廣泛應用。隨著精密微電子技術、半導體照明技術、航空航天、及紅外軍事裝備等領域的不斷發(fā)展對生長出藍寶石晶錠的質(zhì)量、尺寸提出了更高的要求。尤其是光學級大尺寸藍寶石材料，由于其具有性能穩(wěn)定、市場需求量大、綜合利用率及產(chǎn)品附加值高等特點，成為近年國內(nèi)外研究開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化熱點。低成本、高品質(zhì)地生長大尺寸藍寶石晶體是當前面臨的迫切任務，其生長技術也成為世界各國關注的難點和重點之一。藍寶石晶體生長溫度約為2050°C，在生長藍寶石單晶，尤其是大尺寸藍寶石單晶時，為保持爐內(nèi)溫度，控制合理的溫度梯度，對保溫系統(tǒng)的要求較為苛刻。保溫結構包括坩堝蓋、上下隔熱屏、保溫筒、保溫填料需要等。由于藍寶石單晶的生長溫度高，因此，要求保溫材料具有較高的機械和熱負載能力。加強低溫區(qū)的保溫，控制溫度梯度和高溫區(qū)的過熱溫度，以保證晶體不 開裂，生長界面穩(wěn)定與熔體不局部成核結晶。另外，生長高品質(zhì)、高熔點的藍寶石晶體，要求生長環(huán)境相對純凈。若采用低熔點材料保溫，在高溫生長環(huán)境下會揮發(fā)，并進入晶體內(nèi)部。雖然部分雜質(zhì)(例如炭雜質(zhì))可以通過退火工藝可以消除，但雜質(zhì)取出后所留下的原子空位卻無法消除，對晶體品質(zhì)造成不良影響。坩堝蓋位于坩堝的上方，接受熱輻射最多。坩堝蓋上方設有上隔熱屏，其外部即為普通不銹鋼制作的爐蓋。為保持爐內(nèi)溫度、防止過高的溫度對爐殼造成損害，坩堝蓋必須有很好的隔熱效果。另外，坩堝蓋上需要預留出籽晶插孔及觀察窗的位置，坩堝蓋的設計對于整個溫場的控制非常重要，這就要求我們必須開發(fā)出符合生產(chǎn)要求的坩堝蓋。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種能夠形成均勻穩(wěn)定的溫場，徑向溫度梯度分布合理的能夠生長31kg以上大尺寸藍寶石單晶的單晶爐用坩堝蓋。本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的它采用圓形多層鑰片I制成，多層鑰片I上開有圓形中心孔4，中心孔直徑由上到下逐漸變小。多層鑰片采用多組鑰螺栓2和配套鑰螺母3連接并固定，多層鑰片I間通過鑰螺母3隔開。本實用新型還有這樣一些技術特征1、所述的多層鑰片采用金屬鑰制成，鑰片數(shù)量為5 10片，外徑為25(T400mm，最上層f 2片厚度為2 3mm，最下層f 2片厚度為3飛mm，中間層鑰片厚度為f 2mm ；2、所述的多層鑰片上開有圓形中心孔，中心孔與上隔熱屏圓形中心孔同心。中心孔直徑從上到下逐漸縮小，最上層鑰片圓形中心孔直徑10(T200mm，從上到下每層鑰片中心孔直徑比上一層小5 20mm ；3、所述的多層鑰片用鑰螺栓相連，鑰片之間用高度為5 12mm的鑰螺母隔開，6 10個鑰螺栓均勻分布在距圓周l(T20mm處；4、所述的多層鑰片從上至下，分別以2飛層為最上層，以相同方式用6 10個鑰螺栓依次連結固定2飛層、3飛層、4飛層及5飛層鑰片，相鄰兩層鑰片之間同樣用相應數(shù)量的鑰螺母分隔鑰片；5、所述的鑰螺栓相鄰層交錯分布，鑰螺栓螺桿位于距上面一層鑰片圓形中心孔圓周的5 IOmm處。本實用新型的有益效果在于1.由于在真空環(huán)境下主要以熱輻射形式傳熱，通過調(diào)整鑰片厚度、間距以及圓形中間孔尺寸，能夠獲得均勻穩(wěn)定的溫場，形成適合于31kg以上大尺寸藍寶石生長的徑向溫度梯度，大大提高了大尺寸藍寶石晶體質(zhì)量。2.晶體在2000°C左右的高溫下生長，且生長時間長，坩堝蓋下層所處區(qū)域溫度最高，因此會有較多的鑰揮發(fā)。采用上面f 2層鑰片較厚、中間較薄、下面f 2層最后的結構，這樣即可以保證坩堝蓋具有一定的結構強度，同時又可以合理控制成本，延長整個坩堝蓋的使用壽命。3.由于多層鑰片從上到下內(nèi)部孔徑逐漸減小，從上至下鑰片，依次以其為最上層，用鑰螺栓及螺母連接固定其下所有層，可以起到對鑰片較好的定位支撐作用，防止鑰片在反復加熱冷卻過程中的變形 。這樣既可以盡量減少內(nèi)部溫場的變化，又可以延長坩堝蓋的使用壽命。4.從下到上每層鑰片圓形中心孔直徑逐漸增大，形成一定的錐角，不但可以觀察單晶爐內(nèi)長晶過程，還可以使坩堝內(nèi)熔體中心位置上方散熱相對較快，形成冷心，有利于生長過程中的引晶。綜上所述，本實用新型能夠提供生長高質(zhì)量大尺寸藍寶石單晶所需的溫場條件，具有結構簡單、使用壽命長，溫場分布更合理等優(yōu)點。因而本實用新型具有廣闊的應用前景，該技術的推廣應用能夠創(chuàng)造出明顯的社會效益和經(jīng)濟效益。

圖1為本實用新型結構示意圖；圖2為圖1的剖視圖。
具體實施方式
以下結合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步的說明結合圖1-2，本實施例中坩堝蓋采用圓形多層鑰片I制成，多層鑰片I上開有圓形中心孔4，中心孔直徑由上到下逐漸變小。多層鑰片I間采用鑰螺栓2和配套鑰螺母3連接并固定，多層鑰片I間通過鑰螺母3隔開。鑰片外徑為320mm，最上層鑰片內(nèi)徑為260mm，向下每層鑰片內(nèi)徑依次比上一層減小16mm ;最上面2層鑰片厚度2mm，最下面2層鑰片厚度為4臟，中間4層鑰片厚度為Imm;鑰片之間用高度為IOmm的鑰螺母隔開，依次以廣5層為最上層，用鑰螺栓連結其下所有鑰片，中間用鑰螺母分隔。每組分別有8個固定鑰螺栓均勻分布在距圓周15mm處，螺栓直徑5mm，長度為85mm，下層鑰螺栓分布于上層鑰螺栓中間位置。這種坩堝蓋適合于能夠 生長重量為31公斤大尺寸藍寶石單晶的單晶爐。
權利要求1.一種單晶爐用坩堝蓋，其特征在于它采用圓形多層鑰片制成，多層鑰片上開有圓形中心孔，中心孔直徑由上到下逐漸變小，多層鑰片采用多組鑰螺栓和配套鑰螺母連接并固定，多層鑰片間通過鑰螺母隔開。
2.根據(jù)權利要求1所述的單晶爐用坩堝蓋，其特征在于所述的多層鑰片采用金屬鑰制成，鑰片數(shù)量為5 10片，外徑為25(T400mm，最上層2片厚度為2 3mm，最下層2片厚度為3 5mm,中間層鑰片厚度為I 2mm。
3.根據(jù)權利要求2所述的單晶爐用坩堝蓋，其特征在于所述的圓形中心孔與上隔熱屏圓形中心孔同心，最上層鑰片圓形中心孔直徑10(T200mm，從上到下每層鑰片中心孔直徑比上一層小5 20mm。
4.根據(jù)權利要求3所述的單晶爐用坩堝蓋，其特征在于所述的多層鑰片之間用高度為5^12mm的鑰螺母隔開，6 10個鑰螺栓均勻分布在距圓周l(T20mm處。
5.根據(jù)權利要求4所述的單晶爐用坩堝蓋，其特征在于所述的多層鑰片從上至下分別以2飛層為最上層，以相同方式用6 10個鑰螺栓依次連結固定2飛層、3飛層、4飛層及5飛層鑰片，相鄰兩層鑰片之間同樣用相應數(shù)量的鑰螺母分隔鑰片。
6.根據(jù)權利要求5所述的單晶爐用坩堝蓋，其特征在于所述的鑰螺栓相鄰層交錯分布，鑰螺栓螺桿位于距上面一層鑰片圓形中心孔圓周的5 10mm處。
專利摘要本實用新型提供了一種單晶爐用坩堝蓋，它采用圓形多層鉬片制成，多層鉬片上開有圓形中心孔，中心孔直徑由上到下逐漸變小，多層鉬片采用多組鉬螺栓和配套鉬螺母連接并固定，多層鉬片間通過鉬螺母隔開。本實用新型通過合理設計鉬片層數(shù)、厚度、間距、中心孔尺寸分布等，有利于形成均勻穩(wěn)定的溫場，同時在合理控制成本的基礎上，制得的坩堝蓋具有一定的結構強度和較長的使用壽命。
文檔編號C30B35/00GK202898600SQ20122059012
公開日2013年4月24日 申請日期2012年11月9日 優(yōu)先權日2012年11月9日
發(fā)明者左洪波, 張學軍, 鄭海濤, 丁廣博, 吳俁 申請人:哈爾濱奧瑞德藍寶石制品有限公司