一種熱交換爐的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及晶體生長(zhǎng)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種熱交換爐。
【背景技術(shù)】
[0002]熱交換法是晶體生長(zhǎng)的一種方式，是物料先從固體被加熱至熔融體，再?gòu)娜廴隗w下局部受到低溫氣體冷卻后，逐漸結(jié)晶的過(guò)程。熱交換法生長(zhǎng)晶體以其自動(dòng)化程度高、熱場(chǎng)穩(wěn)定、壽命長(zhǎng)以及對(duì)人工依賴(lài)較低等優(yōu)勢(shì)成為藍(lán)寶石等晶體生長(zhǎng)的一種非常重要的生產(chǎn)方法，特別適合大尺寸的藍(lán)寶石晶體。利用熱交換法生長(zhǎng)大尺寸藍(lán)寶石結(jié)晶，大尺寸的藍(lán)寶石固體原料放置在坩禍中，利用環(huán)繞坩禍的環(huán)形加熱體對(duì)其加熱，因?yàn)樗{(lán)寶石的體積較大，使得盛放其的坩禍基本充滿(mǎn)了環(huán)形發(fā)熱體的有效發(fā)熱區(qū)域。而理論分析可知，熱交換法對(duì)熱場(chǎng)分布要求很高，需要構(gòu)建坩禍底部溫度低上部溫度高、外部溫度高中心溫度低的溫度梯度場(chǎng)，這個(gè)梯度的合理與否會(huì)嚴(yán)重影響到藍(lán)寶石晶體的質(zhì)量。
[0003]現(xiàn)有的利用熱交換法生長(zhǎng)超大藍(lán)寶石晶體的爐體，由于結(jié)構(gòu)方面的原因，在生長(zhǎng)監(jiān)寶石等晶體，尤其是在超過(guò)200kg的特大超尚晶體時(shí)，由于晶體體積大，i甘禍尚度基本充滿(mǎn)了發(fā)熱體的有效發(fā)熱區(qū)域，上部梯度不合適，容易出現(xiàn)頂部晶體生長(zhǎng)速度難以控制，導(dǎo)致晶體質(zhì)量差。另外，由于柵格狀的發(fā)熱體、電極、坩禍支撐環(huán)及測(cè)溫孔通道等非對(duì)稱(chēng)熱場(chǎng)布置和熔體對(duì)流造成的溫度分布不均，因此如何通過(guò)結(jié)構(gòu)改進(jìn)得到更適合超大藍(lán)寶石結(jié)晶生長(zhǎng)的溫度梯度的熱交換爐是亟待解決的問(wèn)題。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型提供了一種熱交換爐，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的熱交換爐的溫度場(chǎng)溫度分布不合理的問(wèn)題。
[0005]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型公開(kāi)了如下技術(shù)方案:
[0006]—種熱交換爐，用于超大藍(lán)寶石晶體生長(zhǎng)，從外向內(nèi)包括爐體、保溫層、環(huán)形加熱體、環(huán)形熱場(chǎng)調(diào)整部件和坩禍，所述環(huán)形加熱體和環(huán)形熱場(chǎng)調(diào)整部件同心，且所述坩禍位于環(huán)形熱場(chǎng)調(diào)整部件的中心；還包括所述坩禍底部與爐外連通的熱交換管;所述環(huán)形加熱體為格柵狀。所述環(huán)形熱場(chǎng)調(diào)整部件由單層或多層耐高溫的惰性材料層組成。
[0007]優(yōu)選的，在上述熱交換爐中，所述環(huán)形熱場(chǎng)調(diào)整部件的底面高度低于所述環(huán)形加熱體的底面高度，所述環(huán)形熱場(chǎng)調(diào)整部件的頂面高度低于所述坩禍的上蓋板的高度。
[0008]優(yōu)選的，在上述熱交換爐中，從上向下的方向上、所述環(huán)形熱場(chǎng)調(diào)整部件的厚度遞增。
[0009]優(yōu)選的，在上述熱交換爐中，所述耐高溫的惰性材料層由石墨層、鎢層、鉬層和/或鎢鉬合金層組成。
[0010]由以上技術(shù)方案可見(jiàn)，本實(shí)用新型提供的熱交換爐裝置，發(fā)熱體柵格狀的結(jié)構(gòu)中的發(fā)熱格體部分和空隙部分對(duì)于坩禍的輻射效果不同，導(dǎo)致了坩禍表面溫度分布不均的問(wèn)題，在坩禍和環(huán)形加熱體之間設(shè)置了環(huán)形熱場(chǎng)調(diào)整部件后，發(fā)熱體發(fā)出的熱量通過(guò)加熱環(huán)形熱場(chǎng)調(diào)整部件在不同高度上的不同程度的選擇性屏蔽和過(guò)濾后，再對(duì)坩禍間接加熱，能改善溫度梯度常分布，并很好地解決由于柵格狀的發(fā)熱體、電極、坩禍支撐環(huán)及測(cè)溫孔通道等非對(duì)稱(chēng)熱場(chǎng)布置和熔體對(duì)流造成的溫度分布不均的問(wèn)題，相比現(xiàn)有的熱交換爐，更有利于超大尺寸藍(lán)寶石晶體的生長(zhǎng)。
【附圖說(shuō)明】
[0011]為了更清楚地說(shuō)明本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0012]圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種熱交換爐的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的坩禍中藍(lán)寶石結(jié)晶過(guò)程示意圖。
[0014]其中:
[0015]1-爐體，2-保溫層，3-環(huán)形發(fā)熱體，4-環(huán)形熱場(chǎng)調(diào)整部件，5-底板，6_熱交換管，7_坩禍，701-支撐環(huán)。
【具體實(shí)施方式】
[0016]本實(shí)用新型實(shí)施例提供一種熱交換爐，能解決現(xiàn)有技術(shù)中的熱交換爐的溫度場(chǎng)溫度分布不合理的問(wèn)題。
[0017]為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本實(shí)用新型中的技術(shù)方案，下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都應(yīng)當(dāng)屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
[0018]請(qǐng)結(jié)合參考附圖1和附圖2，圖1示出了本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種熱交換爐的剖面結(jié)構(gòu)，圖2示出了坩禍中藍(lán)寶石的結(jié)晶過(guò)程。如圖所述，一種熱交換爐，從外向內(nèi)包括爐體1、保溫層2、環(huán)形加熱體3、環(huán)形熱場(chǎng)調(diào)整部件4和坩禍7，所述環(huán)形加熱體3和環(huán)形熱場(chǎng)調(diào)整部件4同心，且所述坩禍7位于環(huán)形熱場(chǎng)調(diào)整部件4的中心;還包括所述坩禍底部與爐外連通的熱交換管6。所述環(huán)形熱場(chǎng)調(diào)整部件4由單層或多層耐高溫的惰性材料層組成。坩禍7中放入固體狀的藍(lán)寶石物料，先加熱至熔融狀態(tài)，然后不斷增加從熱交換管6向坩禍底部通入的冷卻氣體流量，帶走熱量，開(kāi)始熔融體的自下而上的結(jié)晶過(guò)程，直至長(zhǎng)晶結(jié)束。
[0019]所述環(huán)形加熱體3為格柵狀，發(fā)熱體柵格狀的結(jié)構(gòu)中的發(fā)熱格體部分和空隙部分對(duì)于坩禍7的輻射效果不同，加上發(fā)熱體電極和發(fā)熱體的中間高度部分存在測(cè)溫孔通道，使得徑向溫度分布不均(圖1為剖視圖，所以測(cè)溫孔通道未示出)。再者，如圖2所示，it禍7下方的支撐環(huán)701放置在底板5上，對(duì)于坩禍底部與熱場(chǎng)形成了隔離作用，加上此處的熔體對(duì)流影響，會(huì)導(dǎo)致坩禍底部拐角處成為局部熱點(diǎn)，不利于構(gòu)建坩禍底部溫度低上部溫度高的熱場(chǎng)，加之局部熱點(diǎn)使得該處的熔體對(duì)流較慢。
[0020]在生長(zhǎng)監(jiān)寶石等晶體，尤其是在超過(guò)200kg的特大超尚晶體時(shí)，由于晶體體積大，坩禍7高度基本充滿(mǎn)了發(fā)熱體的有效發(fā)熱區(qū)域，導(dǎo)致不易通過(guò)調(diào)整坩禍7在熱場(chǎng)中的位置來(lái)調(diào)整熱場(chǎng)分布，上部梯度不合適，容易出現(xiàn)頂部晶體生長(zhǎng)速度難以控制，導(dǎo)致晶體質(zhì)量差。所以，上述幾方面的原因?qū)е碌臒釄?chǎng)溫度分布對(duì)晶體生長(zhǎng)很不利，且不易調(diào)節(jié)。本實(shí)用新型實(shí)施例提供的熱交換爐，在坩禍7和環(huán)形加熱體3之間設(shè)置了環(huán)形熱場(chǎng)調(diào)整部件4后，環(huán)形發(fā)熱體3發(fā)出的熱量首先加熱環(huán)形熱場(chǎng)調(diào)整部件4，再由其對(duì)坩禍7間接加熱，環(huán)形熱場(chǎng)調(diào)整部件4惰性材料層可以采用石墨層、鎢層、鉬層或鎢鉬合金層等有較高的熱導(dǎo)率的材料，可以是上述單一材料多層復(fù)合而成，也可以是多種材料復(fù)合而成，能很好的解決由于環(huán)形加熱體造成的溫度分布不均的問(wèn)題。
[0021]為了更好的構(gòu)建坩禍7熱場(chǎng)下低上高的梯度，所述環(huán)形熱場(chǎng)調(diào)整部件4的底面高度低于所述環(huán)形加熱體3的底面高度。所述環(huán)形熱場(chǎng)調(diào)整部件4的頂面高度低于所述坩禍7的上蓋板的高度。原因是發(fā)熱體上段的熱量直接輻射至坩禍7，而下段的熱量經(jīng)過(guò)環(huán)形熱場(chǎng)調(diào)整部件4再輻射至坩禍7。基于同樣的原因，也可以通過(guò)環(huán)形繞城調(diào)整部件厚度方向的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)禍熱場(chǎng)下低上高的梯度，優(yōu)選從上向下的方向上、所述環(huán)形熱場(chǎng)調(diào)整部件4的厚度遞增。當(dāng)然，如果采用上下等厚的方式，相比起現(xiàn)有未加設(shè)環(huán)形熱場(chǎng)調(diào)整部件時(shí)，也能達(dá)到構(gòu)建更合適的溫度梯度的目的，只是相比于上述自上而下，厚度遞增的方式，構(gòu)件的熱場(chǎng)的溫度梯度較小。在實(shí)際使用中，環(huán)形熱場(chǎng)調(diào)整部件4可以直接放置在底板5上，也可以通過(guò)懸掛在保溫層2的方式環(huán)繞在坩禍7周?chē)瑹o(wú)論采取何種方式，其底面的高度低于發(fā)熱體的底面高度之下即可。
[0022]對(duì)于不同的填料量的工作狀態(tài)而言，可以通過(guò)事先調(diào)整環(huán)形熱場(chǎng)調(diào)整部件4的厚度和高度的方法，得到針對(duì)這一填料量的最合適的環(huán)形發(fā)熱體熱量在爐內(nèi)的分布，構(gòu)建最優(yōu)化的適合這一尺寸藍(lán)寶石生長(zhǎng)的溫度場(chǎng)。調(diào)整便捷有效，特別適合生產(chǎn)200Kg以上的超高晶體。對(duì)于環(huán)形熱場(chǎng)調(diào)整部件4的高度調(diào)整，可以依據(jù)以下原則:對(duì)于某一特定填料量而言，環(huán)形熱場(chǎng)調(diào)整部件4的頂面高度介于固體填料全部熔化后的最高液面和全部結(jié)晶完畢后晶體的中間高度之間，優(yōu)選頂面高度位于全部結(jié)晶完畢后晶體高度附近。在結(jié)晶的過(guò)程中，為從下向上結(jié)晶，為了更形象的說(shuō)明環(huán)形熱場(chǎng)調(diào)整部件4的高度調(diào)整原則，請(qǐng)參考圖2，圖中曲線可以代表結(jié)晶邊界的移動(dòng)位置，上方的直線可以代表全部熔化后的最高液面位置。此刻的狀態(tài)為曲線和坩禍底之間的為晶體，曲線之上為熔體。舉例說(shuō)明，如果此時(shí)液面高度(距坩禍底部)為390mm，結(jié)晶完畢后晶體高度為300mm。則環(huán)形熱交換部件頂面的高度為160-410mm為宜，優(yōu)選高度為300-330mm。
[0023]以上所述僅是本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】，使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解或?qū)崿F(xiàn)本實(shí)用新型。對(duì)這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將是顯而易見(jiàn)的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本實(shí)用新型的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本實(shí)用新型將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開(kāi)的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。
[0024]以上所述僅是本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本實(shí)用新型原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種熱交換爐，用于超大藍(lán)寶石晶體生長(zhǎng)，其特征在于，從外向內(nèi)包括爐體、保溫層、環(huán)形加熱體、環(huán)形熱場(chǎng)調(diào)整部件和坩禍，所述環(huán)形加熱體和環(huán)形熱場(chǎng)調(diào)整部件同心，且所述坩禍位于環(huán)形熱場(chǎng)調(diào)整部件的中心;還包括所述坩禍底部與爐外連通的熱交換管;所述環(huán)形加熱體為格柵狀，所述環(huán)形熱場(chǎng)調(diào)整部件由單層或多層耐高溫的惰性材料層組成。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱交換爐，其特征在于，所述環(huán)形熱場(chǎng)調(diào)整部件的底面高度低于所述環(huán)形加熱體的底面高度，所述環(huán)形熱場(chǎng)調(diào)整部件的頂面高度低于所述坩禍的上蓋板的高度。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱交換爐，其特征在于，從上向下的方向上、所述環(huán)形熱場(chǎng)調(diào)整部件的厚度遞增。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱交換爐，其特征在于，所述耐高溫的惰性材料層由石墨層、鎢層、鉬層和/或鎢鉬合金層組成。
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種熱交換爐，從外向內(nèi)包括爐體、保溫層、環(huán)形加熱體、環(huán)形熱場(chǎng)調(diào)整部件和坩堝，還包括坩堝底部與爐外連通的熱交換管；環(huán)形加熱體為格柵狀，環(huán)形熱場(chǎng)調(diào)整部件由單層或多層耐高溫的惰性材料層組成。在坩堝和環(huán)形加熱體之間設(shè)置了環(huán)形熱場(chǎng)調(diào)整部件后，發(fā)熱體發(fā)出的熱量通過(guò)加熱環(huán)形熱場(chǎng)調(diào)整部件在不同高度上的不同程度的選擇性屏蔽和過(guò)濾后，再對(duì)坩堝間接加熱，能改善溫度梯度場(chǎng)分布，并很好地解決由于柵格狀的發(fā)熱體、電極、坩堝支撐環(huán)及測(cè)溫孔通道等非對(duì)稱(chēng)熱場(chǎng)布置和熔體對(duì)流造成的溫度分布不均的問(wèn)題，相比現(xiàn)有的熱交換爐，更有利于超大尺寸藍(lán)寶石晶體的生長(zhǎng)。
【IPC分類(lèi)】C30B29/20, C30B11/00
【公開(kāi)號(hào)】CN205347623
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201620018708
【發(fā)明人】徐永亮, 廖永建
【申請(qǐng)人】蘇州恒嘉晶體材料有限公司
【公開(kāi)日】2016年6月29日
【申請(qǐng)日】2016年1月11日