蓝宝石结晶炉用加热体的制作方法

本实用新型涉及蓝宝石制造领域，具体涉及一种蓝宝石结晶炉用加热体。

背景技术：

蓝宝石由于其优良的力学性能、光学性能、耐高温性能、耐腐蚀性能等特性，在工程、军工、光学、医疗等各个行业中都有着越来越广泛的应用。并且，行业的发展对蓝宝石质量的要求越来越高。

目前，泡生法是一种常见的蓝宝石的长晶方法，该方法通常在蓝宝石结晶炉中进行。加热体是蓝宝石结晶炉中非常重要的部件。现有的蓝宝石结晶炉的加热体为鸟笼状，加热体的正负极分别呈两个半圆形位于左右两边，底部通过弯曲的钨杆连接；并且该加热体安置于蓝宝石结晶炉内部中心，与蓝宝石结晶炉同轴放置，并且加热体的正负极的上方分别连接有电极铜排，在运行时将该电极铜排固定于蓝宝石结晶炉的炉盖下方，从而加热体通过电极铜排固定于蓝宝石结晶炉的内部。

在运行过程中，经常出现以下问题：

1、新的蓝宝石结晶炉在最初运行的几次所制得的蓝宝石的质量较好，但是随着运行次数的增多，所得到的蓝宝石的质量出现了显著下降，主要表现为出现较多气泡；

2、同一炉在同一批次所得的蓝宝石质量也不稳定，炉子刚运行时生成的蓝宝石质量相对较好，但是随着运行时间的延长，生成的蓝宝石质量出现了明显下降，主要表现为出现较多气泡；

3、随着运行次数的增多，还会经常出现粘锅、干裂等现象。

本领域技术人员一直没有发现造成上述问题的根本原因。即便本领域技术人员一直在努力改进蓝宝石结晶炉的结构从而希望提高蓝宝石的质量，然而即便能够实现运行初期蓝宝石质量较好，却依然无法解决多次运行或长时间运行之后所得蓝宝石的质量下降的问题。因此，从根本上解决上述问题是非常重要的。

技术实现要素：

本实用新型的目的是为了克服现有的蓝宝石结晶炉在多次运行或长时间运行后会出现所得的蓝宝石晶体质量显著下降的缺陷，提供一种蓝宝石结晶炉用加热体。本实用新型的蓝宝石结晶炉用加热体在多次运行或长时间运行之后能够保持得到质量较好的蓝宝石。

本实用新型的发明人发现，现有的蓝宝石结晶炉出现上述缺陷的根本原因在于：随着运行次数的增加和运行时间的延长，在反应产生的内力的影响下，蓝宝石结晶炉内部的加热体的位置会发生轻微的偏移，而在炉盖的固定下，加热体难以被发现出现了偏移，也无法自行恢复；这导致加热体的轴线与蓝宝石结晶炉的轴线不完全重合；因此，蓝宝石结晶炉内温场的布局会出现变形，而这种轻微的变形就足以带来非常显著的影响，导致蓝宝石出现大量气泡，或者蓝宝石结晶炉出现气泡、粘锅和开裂等现象。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种蓝宝石结晶炉用加热体，该蓝宝石结晶炉用加热体包括电极体、金属底环和多个金属围杆，所述电极体包括正极金属半环、负极金属半环、正极电极杆和负极电极杆；所述正极电极杆的一端与所述正极金属半环相连且另一端沿正极金属半环的半径方向向外延伸，所述负极电极杆的一端与所述负极金属半环相连且另一端沿负极金属半环的半径方向向外延伸，并且所述正极电极杆与所述负极电极杆的延伸方向在同一直线上。

优选地，所述正极电极杆包括用于与所述正极金属半环相连的正极电极杆调节段和用于与外部电源相连的正极电极杆接电段；所述负极电极杆包括用于与所述负极金属半环相连的负极电极杆调节段和用于与外部电源相连的负极电极杆接电段。

优选地，所述正极电极杆调节段和所述负极电极杆调节段上分别设置有标记或刻度。

优选地，所述正极电极杆调节段和所述负极电极杆调节段上分别套有固定件和/或密封圈。

优选地，所述正极电极杆与所述正极金属半环相连的连接点为所述正极金属半环的中点。

优选地，所述正极金属半环与所述正极电极杆以不可拆卸的方式相连，所述负极金属半环与所述负极电极杆以不可拆卸的方式相连。

优选地，所述正极金属半环与所述正极电极杆以可拆卸的方式相连，所述负极金属半环与所述负极电极杆以可拆卸的方式相连。

优选地，所述金属围杆为等长的直线杆，数量为36-48根，沿所述金属底环均匀分布。

优选地，所述金属围杆的一端分别均匀地连接于所述正极金属半环和所述负极金属半环的同侧，形成圆筒状围栏结构。

优选地，所述金属底环套于所述圆筒状围栏结构的外侧。

通过上述技术方案，本实用新型至少具有以下优势：

(1)能够随时观察到蓝宝石结晶炉的加热体是否发生了移位或变形；

(2)能够随时(甚至在运行过程中)进行调节，使移位或变形恢复；

(3)以较小的成本增加便有效地解决了上述现有技术存在但一直没有得到有效解决的技术问题。

本实用新型的其他特征和优点将在以下具体实施方式中详细说明。

附图说明

图1是根据本实用新型一种具体实施方式的电极体结构的示意图；

图2是根据本实用新型一种具体实施方式的正极电极杆的结构示意图；

图3是根据本实用新型一种具体实施方式的加热体结构的示意图；

图4是根据本实用新型一种具体实施方式的蓝宝石结晶炉结构的示意图。

附图标记说明

100-电极体；101-正极金属半环；102-负极金属半环；

103-正极电极杆；104-负极电极杆；

103a-正极电极杆调节段；103b-正极电极杆接电段；

104a-负极电极杆调节段；104b-负极电极杆接电段；

200-金属底环；300-金属围杆；

4-炉体；41-炉筒；42-炉底；5-炉盖；

6-支撑柱；7-托盘；8-保温砖；

9-坩埚；10-坩埚盖；11-上保温屏。

具体实施方式

在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。

本实用新型提供了一种蓝宝石结晶炉用加热体，如图3所示，该蓝宝石结晶炉用加热体包括电极体100、金属底环200和多个金属围杆300，其中，所述电极体100包括正极金属半环101、负极金属半环102、正极电极杆103和负极电极杆104；所述正极电极杆103的一端与所述正极金属半环101相连且另一端沿正极金属半环的半径方向向外延伸，所述负极电极杆104的一端与所述负极金属半环102相连且另一端沿负极金属半环的半径方向向外延伸，并且所述正极电极杆103与所述负极电极杆104的延伸方向在同一直线上。

所述正极电极杆103与所述负极电极杆104的形状相同且相对于所述正极金属半环101和所述负极金属半环102形成的圆的圆心呈对称分布。所述正(负)极电极杆形状满足与正(负)极金属半环相连接的至少一段为直杆状即可以实现本实用新型的目的，该直杆状的这段的长度至少能够穿出蓝宝石结晶炉的炉体(在炉体上对应设置有孔洞)。

因此，优选地：所述正极电极杆103包括用于与所述正极金属半环101相连的正极电极杆调节段103a和用于与外部电源相连的正极电极杆接电段103b；所述负极电极杆104包括用于与所述负极金属半环102相连的负极电极杆调节段104a和用于与外部电源相连的负极电极杆接电段104b。所述正极电极杆调节段103a和所述负极电极杆调节段104a为与正(负)极金属半环相连接的直杆状部分，调节段与接电段相连的角度可以为任意的角度，方便接电段与外部电源相连即可。该优选的实施方式如图1所示。

在本实用新型中，优选地，所述正极电极杆调节段103a和所述负极电极杆调节段104a上分别设置有标记或刻度。

当所述正极电极杆调节段103a和所述负极电极杆调节段104a上分别设置有标记时，该标记可以设置一个或多个，并且至少有一个标记位于正(负)极电极杆调节段与蓝宝石结晶炉的炉体外表面相接触的位置，从而可以观察到调节段的位置(也就是加热体的位置)是否随着运行次数的增多或运行时间的延长而发生了位移，并且能够基于该标记而将加热体恢复原位。

当所述正极电极杆调节段103a和所述负极电极杆调节段104a上分别设置有刻度时，如图2所示，优选地，刻度“0”位于所述正(负)极电极杆调节段与蓝宝石结晶炉的炉体外表面相接触的位置，其他的刻度按照标准尺寸标记，并且精确度至少不低于毫米级。从而，能够从蓝宝石结晶炉的外部随时观察到加热体是否随着运行次数的增多或运行时间的延长而发生了位移，并且能够确切地得到位移的大小，这对研究热场的变化对蓝宝石质量的影响有重要意义。

优选地，所述正极电极杆调节段103a和所述负极电极杆调节段104a上分别套有固定件和/或密封圈。所述固定件用于固定所述正极电极杆和所述负极电极杆，从而使所述加热体重新固定在其中轴线与所述蓝宝石结晶炉的中轴线重合的位置。所述密封圈用于将所述正极电极杆和所述负极电极杆穿出所述蓝宝石结晶炉的孔洞进行密封，以保证炉体内部的密闭环境；该密封圈的材质能够耐受200℃的温度即可。所述固定件和所述密封圈可以为同时具有固定和密封功能的同一个构件，也可以为各自独立的构件。

优选地，所述正极电极杆103与所述正极金属半环101相连的连接点为所述正极金属半环101的中点，如图1所示。这种设置方式能够最便捷地恢复加热体的位置并且最方便生产，但是所述连接点不为正极金属半环的中点的实施方式也在本实用新型的保护范围内。

所述正极电极杆103和所述负极电极杆104分别设置一根即可，在炉体上的孔洞的限制下，所述加热体只会在沿着所述正极电极杆103和所述负极电极杆104的方向上发生位移，而不容易在其它方向上发生位移，从而仅调节所述正极电极杆103和所述负极电极杆104即可以实现使所述加热体恢复原位的目的。但是这不构成对本实用新型的限制，在所述加热体上设置多个正极电极杆103和多个所述负极电极杆104也均在本实用新型的保护范围内。

根据本实用新型一种具体的实施方式，所述正极金属半环101与所述正极电极杆103以不可拆卸的方式相连，所述负极金属半环102与所述负极电极杆104以不可拆卸的方式相连。所述以不可拆卸的方式相连即形成一体式构件，如图1所示，可以一体化生产也可以紧密地焊接在一起。这种方式能够确保正(负)极金属半环与正(负)极电极杆之间不会发生位移。

根据本实用新型另一种具体的实施方式，所述正极金属半环101与所述正极电极杆103以可拆卸的方式相连，所述负极金属半环102与所述负极电极杆104以可拆卸的方式相连。

从确保正(负)极金属半环与正(负)极电极杆之间不发生位移的目的出发，优选选用以不可拆卸的方式相连的具体实施方式。从便于生产、安装和维修的目的出发，优选选用以可拆卸的方式相连的具体实施方式。

在本实用新型中，所述加热体的其他特征按照本领域常规的方式设置即可。

优选地，所述金属围杆300为等长的直线杆，数量为36-48根，沿所述金属底环200均匀分布。

优选地，所述金属围杆300的一端分别均匀地连接于所述正极金属半环101和所述负极金属半环102的同侧，形成圆筒状围栏结构。

为了防止金属围杆300形成的圆筒状围栏结构发生变形并固定正极金属半环101和负极金属半环102，优选地，所述金属底环200套于所述圆筒状围栏结构的外侧，如图3所示。所述金属底环200与所述圆筒状围栏结构的接触是紧密的(例如可以焊接在一起)，从而能够防止每一根金属围杆300发生位移。所述金属底环200的具体位置没有特别的限定，尽量设置于远离所述正极金属半环101和所述负极金属半环102的位置处。

在本发明中，所述蓝宝石结晶炉用加热体的各部件的材料没有特别的限定，按照本领域常规的方式设置即可，例如所述金属围杆300的材料为钨。

本实用新型的发明人发现了造成蓝宝石结晶炉在多次运行或长时间运行之后所得蓝宝石的质量下降的问题的根本原因所在，以较小的成本增加便有效地解决了上述问题，从而大大地延长了蓝宝石结晶炉的使用寿命，节省了重新购买蓝宝石结晶炉的昂贵费用，并且能够保证所得蓝宝石在同一批次内和不同批次之间的质量保持稳定。

为了证明本实用新型的蓝宝石结晶炉用加热体的效果，分别设置了如下实施例和对比例。

实施例使用图4所示的蓝宝石结晶炉(该蓝宝石结晶炉还包括自下而上、自内而外依次放置的炉底42、支撑柱6、托盘7、保温砖8、坩埚9、坩埚盖10、上保温屏11、炉筒41和炉盖5，所述炉筒41和炉底42共同构成炉体4，所述加热体设置于所述保温砖8和所述坩埚9之间)，其中的发热体按照图1-图3的方式进行，具体地，所述加热体包括电极体100、金属底环200和多个金属围杆300，其中，所述电极体100包括正极金属半环101、负极金属半环102、正极电极杆103和负极电极杆104；所述正极电极杆103的一端与所述正极金属半环101相连且另一端沿正极金属半环的半径方向向外延伸，所述负极电极杆104的一端与所述负极金属半环102相连且另一端沿负极金属半环的半径方向向外延伸，并且所述正极电极杆103与所述负极电极杆104的延伸方向在同一直线上。所述正极电极杆103包括用于与所述正极金属半环101相连的正极电极杆调节段103a和用于与外部电源相连的正极电极杆接电段103b；所述负极电极杆104包括用于与所述负极金属半环102相连的负极电极杆调节段104a和用于与外部电源相连的负极电极杆接电段104b。所述正极电极杆调节段103a和所述负极电极杆调节段104a上分别设置有刻度，刻度“0”位于所述正(负)极电极杆调节段与蓝宝石结晶炉的炉体外表面相接触的位置，精确度为1mm。所述正极电极杆调节段103a和所述负极电极杆调节段104a上分别套有固定件和密封圈。所述正极电极杆103与所述正极金属半环101相连的连接点为所述正极金属半环101的中点，所述正极电极杆103和所述负极电极杆104分别设置一根。所述正极金属半环101与所述正极电极杆103以不可拆卸的方式相连，所述负极金属半环102与所述负极电极杆104以不可拆卸的方式相连。

在该实施例中，按照操作规程连续地生产蓝宝石晶体，但是在每一炉开始之前检查是否发热体发生了位移，如果有的话，调回原位；观察每一炉所得的蓝宝石，记录是否出现质量问题。观察发现：在第8炉开始之前，发现正负极电极杆的刻度处出现了偏移，于是调归0刻度处，结果该炉所得的蓝宝石没有出现气泡等质量问题；在每一炉开始之前检查是否发热体发生了位移，如果有的话，调回原位，直至进行至第30炉时，所得的蓝宝石也均没有出现过粘埚、开裂和气泡等质量问题。

对比例采用与实施例相同的蓝宝石结晶炉，只是使用常规结构的加热体，即：不设置图1和图2所示的正极电极杆103和负极电极杆104，而是在正极金属半环101和负极金属半环102的上方分别连接有电极铜排，在运行时将该电极铜排固定于蓝宝石结晶炉的炉盖下方，从而加热体通过电极铜排固定于蓝宝石结晶炉的内部。按照规程连续地生产蓝宝石晶体，观察每一炉所得的蓝宝石，记录是否出现质量问题。观察发现：在进行至第8炉时，所得的蓝宝石晶体的内部可以观察到少量的气泡，并且有轻微的开裂现象；在进行至第15炉时，出现粘锅现象，气泡和开裂现象明显增多；在后续的炉子中，开始经常出现粘锅现象。

以上详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于此。在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本实用新型所公开的内容，均属于本实用新型的保护范围。