一种热交换炉的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及晶体生长技术领域，特别是涉及一种热交换炉。
【背景技术】
[0002]热交换法是晶体生长的一种方式，是物料先从固体被加热至熔融体，再从熔融体下局部受到低温气体冷却后，逐渐结晶的过程。热交换法生长晶体以其自动化程度高、热场稳定、寿命长以及对人工依赖较低等优势成为蓝宝石等晶体生长的一种非常重要的生产方法，特别适合大尺寸的蓝宝石晶体。利用热交换法生长大尺寸蓝宝石结晶，大尺寸的蓝宝石固体原料放置在坩祸中，利用环绕坩祸的环形加热体对其加热，因为蓝宝石的体积较大，使得盛放其的坩祸基本充满了环形发热体的有效发热区域。而理论分析可知，热交换法对热场分布要求很高，需要构建坩祸底部温度低上部温度高、外部温度高中心温度低的温度梯度场，这个梯度的合理与否会严重影响到蓝宝石晶体的质量。
[0003]现有的利用热交换法生长超大蓝宝石晶体的炉体，由于结构方面的原因，在生长监宝石等晶体，尤其是在超过200kg的特大超尚晶体时，由于晶体体积大，i甘祸尚度基本充满了发热体的有效发热区域，上部梯度不合适，容易出现顶部晶体生长速度难以控制，导致晶体质量差。另外，由于栅格状的发热体、电极、坩祸支撑环及测温孔通道等非对称热场布置和熔体对流造成的温度分布不均，因此如何通过结构改进得到更适合超大蓝宝石结晶生长的温度梯度的热交换炉是亟待解决的问题。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型提供了一种热交换炉，以解决现有技术中的热交换炉的温度场温度分布不合理的问题。
[0005]为了解决上述技术问题，本实用新型公开了如下技术方案:
[0006]—种热交换炉，用于超大蓝宝石晶体生长，从外向内包括炉体、保温层、环形加热体、环形热场调整部件和坩祸，所述环形加热体和环形热场调整部件同心，且所述坩祸位于环形热场调整部件的中心；还包括所述坩祸底部与炉外连通的热交换管;所述环形加热体为格栅状。所述环形热场调整部件由单层或多层耐高温的惰性材料层组成。
[0007]优选的，在上述热交换炉中，所述环形热场调整部件的底面高度低于所述环形加热体的底面高度，所述环形热场调整部件的顶面高度低于所述坩祸的上盖板的高度。
[0008]优选的，在上述热交换炉中，从上向下的方向上、所述环形热场调整部件的厚度递增。
[0009]优选的，在上述热交换炉中，所述耐高温的惰性材料层由石墨层、钨层、钼层和/或钨钼合金层组成。
[0010]由以上技术方案可见，本实用新型提供的热交换炉装置，发热体栅格状的结构中的发热格体部分和空隙部分对于坩祸的辐射效果不同，导致了坩祸表面温度分布不均的问题，在坩祸和环形加热体之间设置了环形热场调整部件后，发热体发出的热量通过加热环形热场调整部件在不同高度上的不同程度的选择性屏蔽和过滤后，再对坩祸间接加热，能改善温度梯度常分布，并很好地解决由于栅格状的发热体、电极、坩祸支撑环及测温孔通道等非对称热场布置和熔体对流造成的温度分布不均的问题，相比现有的热交换炉，更有利于超大尺寸蓝宝石晶体的生长。
【附图说明】
[0011]为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0012]图1为本实用新型实施例提供的一种热交换炉的剖面结构示意图；
[0013]图2为本实用新型实施例提供的坩祸中蓝宝石结晶过程示意图。
[0014]其中:
[0015]1-炉体，2-保温层，3-环形发热体，4-环形热场调整部件，5-底板，6_热交换管，7_坩祸，701-支撑环。
【具体实施方式】
[0016]本实用新型实施例提供一种热交换炉，能解决现有技术中的热交换炉的温度场温度分布不合理的问题。
[0017]为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型中的技术方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。
[0018]请结合参考附图1和附图2，图1示出了本实用新型实施例提供的一种热交换炉的剖面结构，图2示出了坩祸中蓝宝石的结晶过程。如图所述，一种热交换炉，从外向内包括炉体1、保温层2、环形加热体3、环形热场调整部件4和坩祸7，所述环形加热体3和环形热场调整部件4同心，且所述坩祸7位于环形热场调整部件4的中心;还包括所述坩祸底部与炉外连通的热交换管6。所述环形热场调整部件4由单层或多层耐高温的惰性材料层组成。坩祸7中放入固体状的蓝宝石物料，先加热至熔融状态，然后不断增加从热交换管6向坩祸底部通入的冷却气体流量，带走热量，开始熔融体的自下而上的结晶过程，直至长晶结束。
[0019]所述环形加热体3为格栅状，发热体栅格状的结构中的发热格体部分和空隙部分对于坩祸7的辐射效果不同，加上发热体电极和发热体的中间高度部分存在测温孔通道，使得径向温度分布不均(图1为剖视图，所以测温孔通道未示出)。再者，如图2所示，it祸7下方的支撑环701放置在底板5上，对于坩祸底部与热场形成了隔离作用，加上此处的熔体对流影响，会导致坩祸底部拐角处成为局部热点，不利于构建坩祸底部温度低上部温度高的热场，加之局部热点使得该处的熔体对流较慢。
[0020]在生长监宝石等晶体，尤其是在超过200kg的特大超尚晶体时，由于晶体体积大，坩祸7高度基本充满了发热体的有效发热区域，导致不易通过调整坩祸7在热场中的位置来调整热场分布，上部梯度不合适，容易出现顶部晶体生长速度难以控制，导致晶体质量差。所以，上述几方面的原因导致的热场温度分布对晶体生长很不利，且不易调节。本实用新型实施例提供的热交换炉，在坩祸7和环形加热体3之间设置了环形热场调整部件4后，环形发热体3发出的热量首先加热环形热场调整部件4，再由其对坩祸7间接加热，环形热场调整部件4惰性材料层可以采用石墨层、钨层、钼层或钨钼合金层等有较高的热导率的材料，可以是上述单一材料多层复合而成，也可以是多种材料复合而成，能很好的解决由于环形加热体造成的温度分布不均的问题。
[0021]为了更好的构建坩祸7热场下低上高的梯度，所述环形热场调整部件4的底面高度低于所述环形加热体3的底面高度。所述环形热场调整部件4的顶面高度低于所述坩祸7的上盖板的高度。原因是发热体上段的热量直接辐射至坩祸7，而下段的热量经过环形热场调整部件4再辐射至坩祸7。基于同样的原因，也可以通过环形绕城调整部件厚度方向的变化来实现祸热场下低上高的梯度，优选从上向下的方向上、所述环形热场调整部件4的厚度递增。当然，如果采用上下等厚的方式，相比起现有未加设环形热场调整部件时，也能达到构建更合适的温度梯度的目的，只是相比于上述自上而下，厚度递增的方式，构件的热场的温度梯度较小。在实际使用中，环形热场调整部件4可以直接放置在底板5上，也可以通过悬挂在保温层2的方式环绕在坩祸7周围，无论采取何种方式，其底面的高度低于发热体的底面高度之下即可。
[0022]对于不同的填料量的工作状态而言，可以通过事先调整环形热场调整部件4的厚度和高度的方法，得到针对这一填料量的最合适的环形发热体热量在炉内的分布，构建最优化的适合这一尺寸蓝宝石生长的温度场。调整便捷有效，特别适合生产200Kg以上的超高晶体。对于环形热场调整部件4的高度调整，可以依据以下原则:对于某一特定填料量而言，环形热场调整部件4的顶面高度介于固体填料全部熔化后的最高液面和全部结晶完毕后晶体的中间高度之间，优选顶面高度位于全部结晶完毕后晶体高度附近。在结晶的过程中，为从下向上结晶，为了更形象的说明环形热场调整部件4的高度调整原则，请参考图2，图中曲线可以代表结晶边界的移动位置，上方的直线可以代表全部熔化后的最高液面位置。此刻的状态为曲线和坩祸底之间的为晶体，曲线之上为熔体。举例说明，如果此时液面高度(距坩祸底部)为390mm，结晶完毕后晶体高度为300mm。则环形热交换部件顶面的高度为160-410mm为宜，优选高度为300-330mm。
[0023]以上所述仅是本实用新型的【具体实施方式】，使本领域技术人员能够理解或实现本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
[0024]以上所述仅是本实用新型的【具体实施方式】，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
【主权项】
1.一种热交换炉，用于超大蓝宝石晶体生长，其特征在于，从外向内包括炉体、保温层、环形加热体、环形热场调整部件和坩祸，所述环形加热体和环形热场调整部件同心，且所述坩祸位于环形热场调整部件的中心;还包括所述坩祸底部与炉外连通的热交换管;所述环形加热体为格栅状，所述环形热场调整部件由单层或多层耐高温的惰性材料层组成。2.根据权利要求1所述的热交换炉，其特征在于，所述环形热场调整部件的底面高度低于所述环形加热体的底面高度，所述环形热场调整部件的顶面高度低于所述坩祸的上盖板的高度。3.根据权利要求1所述的热交换炉，其特征在于，从上向下的方向上、所述环形热场调整部件的厚度递增。4.根据权利要求1所述的热交换炉，其特征在于，所述耐高温的惰性材料层由石墨层、钨层、钼层和/或钨钼合金层组成。
【专利摘要】本实用新型公开了一种热交换炉，从外向内包括炉体、保温层、环形加热体、环形热场调整部件和坩埚，还包括坩埚底部与炉外连通的热交换管；环形加热体为格栅状，环形热场调整部件由单层或多层耐高温的惰性材料层组成。在坩埚和环形加热体之间设置了环形热场调整部件后，发热体发出的热量通过加热环形热场调整部件在不同高度上的不同程度的选择性屏蔽和过滤后，再对坩埚间接加热，能改善温度梯度场分布，并很好地解决由于栅格状的发热体、电极、坩埚支撑环及测温孔通道等非对称热场布置和熔体对流造成的温度分布不均的问题，相比现有的热交换炉，更有利于超大尺寸蓝宝石晶体的生长。
【IPC分类】C30B29/20, C30B11/00
【公开号】CN205347623
【申请号】CN201620018708
【发明人】徐永亮, 廖永建
【申请人】苏州恒嘉晶体材料有限公司
【公开日】2016年6月29日
【申请日】2016年1月11日