一種混合熱場結(jié)構(gòu)藍(lán)寶石晶體生長爐的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及藍(lán)寶石晶體生長爐。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著世界能源的緊張，國家出臺了很多政策來節(jié)約能源，而LED照明則成為節(jié)能的一種重要手段。通常LED的襯底材料為藍(lán)寶石、硅和碳化硅，考慮到技術(shù)成熟性與成本控制方面，藍(lán)寶石襯底成為當(dāng)前主流的LED襯底材料。眾所周知，藍(lán)寶石晶體生長的特點(diǎn)為周期長，能耗高，并且要求晶體純度高、雜質(zhì)少。隨著晶體尺寸的增大，晶體生長過程中的實(shí)際問題也愈發(fā)明顯，如能耗、周期、熱場壽命、晶體純度、單晶性等引起了人們的關(guān)注。為了進(jìn)一步推廣LED照明產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，生長低成本、高質(zhì)量的藍(lán)寶石晶體就成為行業(yè)目前亟待解決的課題。
[0003]通常有兩種手段來降低能耗和提高晶體的純度:為了降低生長過程中雜質(zhì)的污染，藍(lán)寶石晶體爐中一般采用純金屬結(jié)構(gòu)，金屬鎢作為加熱器，絕熱性能優(yōu)越的金屬鎢或鉬作為保溫?zé)崞粒u、鉬或銥作為坩禍，總之整個熱場全采用金屬鎢鉬材料，晶體生長過程中污染較少，生長的晶體純度高，晶體透明，但鎢鉬材料的保溫性能較差，能耗偏高。為了降低能耗，減少熱損失，技術(shù)人員又采用石墨加熱器、碳?xì)直貙樱m然使晶體生長能耗降低，但晶體受熱場雜質(zhì)的揮發(fā)使晶體內(nèi)部碳等雜質(zhì)較多，晶體不透明，略顯粉紅色，不適用于LED襯底片。所以，要生長性價比高的晶體必須尋求一種低能耗、無雜質(zhì)揮發(fā)的熱場。
[0004]在絕大多數(shù)藍(lán)寶石晶體爐中，為了實(shí)現(xiàn)對晶體生長無污染，多采用金屬鎢作為加熱器，金屬鎢坩禍或鉬坩禍，熱場的頂保溫層、側(cè)保溫層、底保溫層采用金屬熱屏結(jié)構(gòu)，即采用多個0.1-5毫米厚的鎢或鉬板，直接疊加成頂、底保溫層或彎成直徑由小到大的圓筒狀，并且套疊在一起并相互固定起來，最終形成一定厚度的側(cè)保溫層。保溫層的厚度及高度，由熱場需要保持的溫度及熱場高度決定，多為8-12層/5-7厘米厚。同時該熱場材料的使用壽命約為18個月，因此為了保證熱場使用效果及純度，該保溫材料需要定期更換。
[0005]技術(shù)人員又為了追求低能耗晶體生長，采用石墨加熱器，鉬作為坩禍、熱場保溫層由碳?xì)謬桑谓Y(jié)構(gòu)由石墨構(gòu)成。保溫層的厚度及高度，由熱場需要保持的溫度及熱場高度決定，多為80厘米厚。同時該熱場材料的使用壽命約為18個月，因此為了保證熱場的使用，該熱場材料需要定期更換。
[0006]現(xiàn)有熱場采用鎢鉬材料屬于稀有金屬，其價格偏高，而且脆性大，不易加工，藍(lán)寶石晶體熔點(diǎn)約為2000度左右，在如此高溫下，由于鎢鉬材料采用熱反射原理來保溫，其保溫效果不佳，造成能耗偏高，因此生長藍(lán)寶石晶體能耗高，加之生長周期長的特點(diǎn)，成本因此也居高不下。同時若熱場采用傳統(tǒng)的石墨、碳?xì)值炔牧?，由于碳雜質(zhì)在高溫下容易揮發(fā)，易造成晶體污染等問題，所以無法大量用于藍(lán)寶石晶體生長過程中。
[0007]為了進(jìn)一步降低成本，尋找一種既能在高溫下有效絕熱，又不對爐內(nèi)熱場及藍(lán)寶石晶體造成雜質(zhì)污染的低成本熱場結(jié)構(gòu)就變得尤為必要。盡管有人建議采用碳碳復(fù)合材料或者對石墨材料進(jìn)行高溫純化并鍍膜，然后用于晶體爐中，但是由于此高溫下，碳碳復(fù)合材料或經(jīng)處理的石墨材料也會揮發(fā)出大量的氣態(tài)碳單質(zhì)，成為藍(lán)寶石晶體的雜質(zhì)源頭。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明要解決現(xiàn)有裝置存在高溫下材料揮發(fā)污染熱場，并且能耗大，晶體的性價比低的技術(shù)問題，進(jìn)而提供一種混合熱場結(jié)構(gòu)藍(lán)寶石晶體生長爐。
[0009]—種混合熱場結(jié)構(gòu)藍(lán)寶石晶體生長爐包括外殼、鉬桶、頂保溫層、底保溫層、高溫區(qū)側(cè)保溫層、填充球、鎢桿加熱器、鉬坩禍和坩禍軸；其中鉬坩禍設(shè)置在鉬桶內(nèi)部，鉬坩禍的底部與坩禍軸連接，坩禍軸穿過底保溫層；
[0010]所述鉬桶為筒狀中空密封結(jié)構(gòu)，鉬桶頂端設(shè)有頂保溫層，底部設(shè)有底保溫層，鉬桶內(nèi)側(cè)面設(shè)有高溫區(qū)側(cè)保溫層，在高溫區(qū)側(cè)保溫層的內(nèi)側(cè)設(shè)置多個鎢桿加熱器，鎢桿加熱器均勻圍繞在鉬坩禍外側(cè)；其中多個填充球填充在鉬桶的中空結(jié)構(gòu)中；
[0011 ] 所述外殼設(shè)置在鉬桶、上保溫層和底保溫層的外側(cè)。
[0012]本發(fā)明的有益效果是:
[0013]—、本發(fā)明的高效混合熱場結(jié)構(gòu)藍(lán)寶石晶體生長爐結(jié)合了高純鎢鉬材料、氧化鋁材料、氧化鋯材料的保溫的特點(diǎn)，既能解決高溫下材料揮發(fā)污染熱場的問題，又能有效地降低能耗，從而提尚晶體的性價比；
[0014]二、本發(fā)明高效混合熱場結(jié)構(gòu)藍(lán)寶石晶體生長爐，將幾種材料混合使用，用一定厚度，寬度及層數(shù)的鉬金屬筒作為側(cè)混合保溫筒的內(nèi)壁及外壁，而內(nèi)外壁之間則嵌入具有良好高溫保溫性能的高純氧化鋁空心小球，頂部混合保溫層和底部混合保溫層是由鉬薄板內(nèi)包裹高純氧化鋯陶瓷板的封閉結(jié)構(gòu)，并且各層之間用鉬或者鎢釘串通，固定起來；鎢鉬金屬板和氧化鋯陶瓷的厚度、材料純度、前后鎢鉬金屬壁的間隔以及層數(shù)等均根據(jù)熱場設(shè)計需求來決定；
[0015]三、為了防止高純氧化鋁空心小球揮發(fā)，本發(fā)明采用鉬筒封閉結(jié)構(gòu)且將鉬筒放在低溫區(qū)，溫度為1200°C左右，金屬鎢片放在高溫區(qū)，與加熱器靠近；實(shí)驗(yàn)證明利用本發(fā)明的高效混合熱場結(jié)構(gòu)藍(lán)寶石晶體生長爐生長藍(lán)寶石晶體，能耗可降低35%?40%，且晶體整體通透，無雜質(zhì)污染、生長的晶體純度高、透明，單晶性好，利用率提高了 15%以上。
[0016]本發(fā)明提供一種藍(lán)寶石晶體生長爐的高效混合熱場結(jié)構(gòu)，結(jié)合了石墨加熱器、鎢鉬材料、氧化鋁材料、碳?xì)植牧系谋氐奶攸c(diǎn)，既能解決高溫下材料揮發(fā)污染熱場的問題，又能有效地降低能耗，從而提尚晶體的性價比。
[0017]本發(fā)明用于生長制備藍(lán)寶石晶體。
【附圖說明】
[0018]圖1為【具體實(shí)施方式】一所述的一種混合熱場結(jié)構(gòu)藍(lán)寶石晶體生長爐的示意圖；
[0019]圖2為對比實(shí)驗(yàn)裝置示意圖，其中A-1代表不銹鋼外殼，A-2代表鎢鉬頂保溫層，A-3代表鎢鉬側(cè)保溫桶，A-4代表鎢加熱器，A-5代表鎢坩禍，A-6代表鎢坩禍軸，A-7代表鎢鉬底保溫層。
【具體實(shí)施方式】
[0020]本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉的【具體實(shí)施方式】，還包括各【具體實(shí)施方式】之間的任意組合。
[0021]【具體實(shí)施方式】一:本實(shí)施方式一種混合熱場結(jié)構(gòu)藍(lán)寶石晶體生長爐包括外殼1、鉬桶3、頂保溫層2、底保溫層9、高溫區(qū)側(cè)保溫層5、填充球4、鎢桿加熱器6、鉬坩禍7和坩禍軸8 ;其中鉬坩禍7設(shè)置在鉬桶3內(nèi)部，鉬坩禍7的底部與坩禍軸8連接，坩禍軸8穿過底保溫層9 ；
[0022]所述鉬桶3為筒狀中空密封結(jié)構(gòu)，鉬桶3頂端設(shè)有頂保溫層2，底部設(shè)有底保溫層9，鉬桶3內(nèi)側(cè)面設(shè)有高溫區(qū)側(cè)保溫層5，在高溫區(qū)側(cè)保溫層5的內(nèi)側(cè)設(shè)置多個鎢桿加熱器6，鎢桿加熱器6均勻圍繞在鉬坩禍7外側(cè)；其中多個填充球4填充在鉬桶3的中空結(jié)構(gòu)中；
[0023]所述外殼I設(shè)置在鉬桶3、上保溫層2和底保溫層9的外側(cè)。
[0024]本實(shí)施方式一種混合熱場結(jié)構(gòu)藍(lán)寶石晶體生長爐的工作原理:保溫層是采用高純的鎢鉬薄板由鎢絲固定制成，高溫區(qū)側(cè)保溫層5位于高溫區(qū)，應(yīng)用高純鎢鉬屏制成的保溫層有效地防止了雜質(zhì)在高溫區(qū)的揮發(fā)及反應(yīng)物的污染；鉬桶3采用高純鎢鉬薄板包裹高純氧化鋯陶瓷板或是高純氧化鋁空心小球的封閉結(jié)構(gòu)，頂保溫層2和底保溫層9均為鉬薄板內(nèi)包裹高純氧化鋯陶瓷板的封閉結(jié)構(gòu)，頂保溫層2和底保溫層9位于爐體的低溫區(qū)，這種氧化鋯和鉬板的混合保溫結(jié)構(gòu)可以充分利用氧化鋯陶瓷良好的保溫效果，又確保氧化鋯在低溫區(qū)雜質(zhì)揮發(fā)率量低，所述的鉬桶3為鉬薄板包裹高純氧化鋁空心小球制成的封閉結(jié)構(gòu)，加熱后，最高溫度不超過1100°C，在這樣的低溫區(qū)，氧化鋁空心小球的雜質(zhì)揮發(fā)量很少，可以避免對爐體內(nèi)部的藍(lán)寶石晶體產(chǎn)品污染；鎢桿加熱器6由12根高純的鎢棒和鎢絲網(wǎng)混合交替結(jié)構(gòu)編制而成，這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計既保證了加熱器的發(fā)熱效率，加熱均