一种KY法蓝宝石单晶生长用即时调节高度的悬挂式坩埚盖及KY法蓝宝石单晶生长装置
技术领域
本实用新型属于蓝宝石晶体生长领域，具体涉及一种KY法蓝宝石单晶生长坩埚。
背景技术
目前国内与国外生长大尺寸蓝宝石主要以KY法和HEM(热交换法)为主。通过长期的晶体材料质量验证和客户使用端的反复验证，热交换法生长出来的蓝宝石晶体其单晶性及亮度均无法达到客户要求，尤其是在LED衬底材料端的应用。因此KY法成为生长蓝宝石晶体的主流方法。
蓝宝石晶体材料熔点高，其熔点为2050℃，生长周期长且工序多而复杂。蓝宝石长晶流程主要由接种——放肩——控径——等径——提脱——退火等步骤完成。蓝宝石晶体的生长工艺流程繁多而复杂，整个过程每个工序属于连续性动作，期间不允许中断，一旦其中有一环节中断或达不到生产要求，则整个长晶就会失败，长出来的晶体就属于不合格的产品。
因此要想获得高质量的蓝宝石晶体就需要提供保温性能优良、结构设计合理及热场稳定的长晶热场。通常热场结构由主要由保温侧屏、上下隔热屏、坩埚、坩埚盖等热场器件组成。
蓝宝石晶体材料的品质问题主要体现在多晶、开裂、包络等。其中多晶和包络等问题对产品的价值影响较小；而开裂问题则较为严重，并且开裂问题的占比也较多，晶体一旦开裂其价值会大大降低，严重影响企业效益。
提脱工艺和接种、放肩梯度不合适都有可能造成产品出现开裂问题。而造成提脱失败最主要的原因是现有的坩埚盖的结构设计不合理，具体体现在现有的坩埚盖安装后的空间设计导致晶体提脱时没有足够的空间从而使晶体与坩埚未脱离，最终因不同材料应力差导致晶体开裂；接种、放肩的失败主要为晶体生长在该阶段时因坩埚盖结构的设计导致坩埚里的原料溶液横向梯度不足、不稳导致生长过快形成的结晶后开裂。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种设计合理、方便使用、使用效果好，提高热场使用效果的坩埚盖及该坩埚盖使用的坩埚。
为实现上述目的，本实用新型提供以下的技术方案：
本实用新型的目的在于克服现有坩埚盖的设计问题，能够使提脱工艺更好完成，使坩埚盖与坩埚的配合更密切，降低能量损耗，从而提出了一种KY法蓝宝石单晶生长坩埚上使用的悬挂式新型坩埚盖。
本实用新型公开了一种KY法蓝宝石单晶生长坩埚上使用的坩埚盖，即特异型坩埚盖，其特征在于，包含盖体(4-1)、盖檐(4-2)和盖帽(4-3)，所述盖体(4-1) 呈环状，盖体(4-1)表面设有通孔，该通孔为吊装孔(4-5)，所述盖檐(4-2)呈柱形的管状或喇叭形的管状，所述盖檐(4-2)的一个开口端与盖体(4-1)的外圆连接，另一端为自由端，所述盖帽(4-3)呈喇叭状，盖帽(4-3)较大的开口端与盖体(4-1) 的内圆连接，另一端为自由端，所述盖檐(4-2)和盖帽(4-3)分别设在盖体(4-1) 所在平面的两侧。
还设有悬挂机构，所述悬挂机构包含悬挂杆A(1)和悬挂杆B(3)，悬挂杆A(1) 和悬挂杆B(3)均呈杆状，且相互螺纹连接，所述悬挂杆A(1)的一端连接在上端的固定端，悬挂杆B(3)的一端连接在吊装孔(4-5)上。
实际使用时：盖体(4-1)上的吊装孔(4-5)设有3～8个，使用悬挂机构将特制的异型坩埚盖(4)悬挂在坩埚(5)上方，所述悬挂机构包含多组悬挂杆，每组悬挂杆分为两种不同规格的圆形杆体，即悬挂杆A(1)和悬挂杆B(3)，所述悬挂杆A (1)和悬挂杆B(3)通过螺纹相互连接，悬挂杆A(1)设有内螺纹，悬挂杆B(3) 设有外螺纹，所述悬挂杆A和悬挂杆B的材质选用钨或钼，采用锻打工艺制作而成，可以根据需要调节悬挂杆A(1)和悬挂杆B(3)的组合长度，当需要坩埚盖(4)距离坩埚(5)近一些时，可以缩短悬挂杆A(1)和悬挂杆B(3)的组合长度；当需要坩埚盖(4)距离坩埚(5)远一些时，可以伸长悬挂杆A(1)和悬挂杆B(3)的组合长度。
所述悬挂机构的数量与吊装孔(4-5)数量一致，悬挂杆与吊装孔(4-5)一一对应实现悬挂坩埚盖(4)。
所述异型坩埚盖(4)材质采用钼，坩埚盖(4)整体旋压与冲压工艺结合制作而成，同时在一周方向打8个吊装孔(4-5)，吊装孔(4-5)最好开在使用状态呈水平面的平面上。
异性坩埚盖(4)整体毛坯先用旋压工艺按一定角度旋出，然后用高温冲压工艺对外径一定宽度的区域用冲压工艺进行冲压，使坩埚盖外径一定宽度部分一边形成一定弧度，另一边形成一个台阶平面，该台界面几位打孔面同时也为悬挂杆与干过盖的固定面，坩埚盖中心处最后开通孔，该通孔为开孔(4-4)。
与现有技术相比，上述坩埚盖的有益效果如下：
1、该坩埚盖采用的旋压与冲压工艺结合，旋压工艺按照一定角度旋出不仅保证了坩埚盖胚体的致密度同时保证了坩埚盖的相应的高度空间。
2、采用冲压工艺对坩埚盖外径宽度部分进行冲压使最外边形成特定角度，该设计把坩埚口及坩埚上部熔体进行了很好的保护，从而确保了坩埚口液面温度的保温性，也确保了坩埚口不同径向温度的稳定，因此坩埚溶液里的上部横向温度梯度也得到了保证。
3、异型坩埚盖采用悬挂杆连接与固定同时悬挂于上保温屏悬挂杆上，坩埚盖悬挂在坩埚上方，彻底解决了坩埚盖与坩埚粘连的问题，同时悬挂于坩埚盖上，根据需要完全可以得到晶体生长后与坩埚脱离的空间，最终可以按晶体生长的提脱工艺完成率达到100％。
接种、放肩和提脱等环节为最重要的几个环节，这几个环节都会与坩埚盖有关联，坩埚盖结构的设计至关重要。
坩埚盖是除了坩埚外，在整个热场结构中是最接近晶体及晶体生长时的热场器件，所以坩埚盖的结构设计是热场最重要的环节之一。
一种KY法蓝宝石单晶生长装置，至少包括坩埚(5)、悬挂机构和坩埚盖(4)，其特征在于，所述坩埚盖(4)包含盖体(4-1)、盖檐(4-2)和盖帽(4-3)，盖体(4-1) 呈环状，盖体(4-1)表面设有通孔，该通孔为吊装孔(4-5)，盖檐(4-2)呈柱形的管状或喇叭形的管状，所述盖檐(4-2)的一个开口端与盖体(4-1)的外圆连接，另一端为自由端并向坩埚(5)方向延伸，盖帽(4-3)呈喇叭状，盖帽(4-3)较大的开口端与盖体(4-1)的内圆连接，另一端的开孔为自由端并向坩埚(5)的反方向延伸，即盖檐(4-2)和盖帽(4-3)分别设在盖体(4-1)所在平面的两侧；所述悬挂机构能够连接在坩埚盖(4)上，并在工作状态将坩埚盖(4)通过悬挂机构悬挂在坩埚(5)开口的上方。
实际使用时：通过悬挂机构连接坩埚盖(4)，将坩埚盖(4)悬挂在坩埚(5) 的上方，工作状态时，避免坩埚盖(4)与坩埚(5)接触，在提脱等工艺时，可以为晶体上方提供更大的空间，并且能够避免坩埚盖粘连在坩埚上。
作为改进，还设有上屏支撑片(7)，上屏支撑片(7)设在坩埚(5)开口的上方，坩埚盖(4)设在坩埚(5)与上屏支撑片(7)之间，所述悬挂机构包含悬挂杆A(1)和悬挂杆B(3)，悬挂杆A(1)和悬挂杆B(3)均呈杆状，且相互螺纹连接，所述悬挂杆A(1)的一端连接在上屏支撑片(7)上，悬挂杆B(3)的一端连接在吊装孔(4-5)上。
实际使用时：可以根据需要，调节悬挂杆A(1)和悬挂杆B(3)的组合后长度，通过旋转螺纹，实现悬挂杆的组合长度，通过改变悬挂杆组合长度，可以改变坩埚盖 (4)距离坩埚(5)开口的距离，可以更灵活的使用。
为了更好的将坩埚盖(4)与悬挂杆进行连接，可以使用如下方式进行连接：
①、悬挂杆B(3)穿过吊装孔(4-5)，通过螺栓分别固定在盖体(4-1)两侧，进行固定。
②、悬挂杆B(3)与盖体(4-1)的连接端设有挡块(3-1)，挡块(3-1)的尺寸比吊装孔(4-5)大，悬挂盖体(4-1)时，盖体(4-1)支撑在挡块(3-1)上，防止盖体(4-1)从悬挂杆B(3)上滑落。
作为进一步的，为了避免悬挂杆B(3)轴向旋转，可以在挡块(3-1)上设有限位杆(3-2)，所述盖体(4-1)上设有限位孔，盖体(4-1)支撑在挡块(3-1)时，所述限位杆(3-2)能够穿过限位孔，以防止悬挂杆B(3)轴向转动。
作为进一步改进，实际使用时，还有炉盖(8)和炉体(6)，炉盖(8)上设有孔，坩埚(5)置于炉体(6)内，炉盖(8)能够盖在炉体(6)的开口处，所述悬挂机构包含悬挂杆B(3)，悬挂杆B(3)的一端能够连接在坩埚盖(4)上，另一端从炉盖(8)的孔处穿出，并且悬挂杆B(3)置于炉盖外侧的一端设有压帽(9)，压帽 (9)的尺寸大于炉盖(8)上穿孔的尺寸，所述悬挂杆B(3)与炉盖(8)的孔处设有密封圈(10)，且设有水冷铜管(12)对密封圈(10)降温，所述悬挂杆B(3)能够带动坩埚盖(4)上下运动。
设有垫块，悬挂杆B(3)向上运动时，将垫块放在压帽(9)和炉盖(8)之间进行位移固定。
实际使用时：由于悬挂杆B(3)伸出了炉盖(8)，即部分悬挂杆B(3)置于炉体(6)外，可以将悬挂杆B(3)向外提拉，以带动坩埚盖(4)向上移动，向上提拉后，通过垫块进行位置固定。不仅能够实现生产前调节，而且可以实现生产过程中的调节，更加增大了使用的灵活性。
此外，还可以通过以下方式实现生产过程中的调节：所述悬挂杆B(3)和炉盖 (8)之间通过螺纹连接，通过转动悬挂杆B(3)带动坩埚盖(4)上下移动。
悬挂杆B(3)与盖体(4-1)的连接端设有挡块(3-1)，挡块(3-1)的尺寸比吊装孔(4-5)大，悬挂盖体(4-1)时，盖体(4-1)支撑在挡块(3-1)上，防止盖体(4-1)从悬挂杆B(3)上滑落。
与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：
能够方便调节坩埚盖距离坩埚的高度，并且可以在生产前和生产中进行调节，提高适用性。
附图说明
图1是本实用新型实施例1结构示意图。
图2是坩埚盖剖视结构示意图。
图3是坩埚盖俯视结构示意图。
图4是本实用新型实施例2结构示意图。
图5是本实用新型实施例3结构示意图。
图6是本实用新型实施例4结构示意图。
图7是本实用新型实施例5结构示意图。
图8是本实用新型实施例7结构示意图。
图9是本实用新型实施例8结构示意图。
图10是本实用新型实施例9结构示意图。
图中所示：1是悬挂杆A，2是保温屏，3是悬挂杆B，3-1是挡块，3-2是限位杆，4是坩埚盖，4-1是盖体，4-2是盖檐，4-3是盖帽，4-4是开孔，4-5是吊装孔， 5是坩埚，6是炉体，7是上屏支撑片，7-1是支撑片开孔，8是炉盖，9是压帽，10 是密封圈，11是垫块，12是水冷铜管。
图中坩埚与炉体之间的保温侧屏、电极和发热体均未在图中示意，此为常规结构。
具体实施方式
下面详细说明本实用新型的优选实施方式。
实施例1：参照图1～3，为本实用新型实施例1的结构示意图，一种
KY法蓝宝石单晶生长坩埚上使用的坩埚盖，即特异型坩埚盖，包括盖体4-1、盖檐4-2和盖帽4-3，所述盖体4-1呈环状，盖体4-1表面设有通孔，该通孔为吊装孔 4-5，所述盖檐4-2呈柱形的管状或喇叭形的管状，所述盖檐4-2的一个开口端与盖体4-1的外圆连接，另一端为自由端，所述盖帽4-3呈喇叭状，盖帽4-3较大的开口端与盖体4-1的内圆连接，另一端为自由端，所述盖檐4-2和盖帽4-3分别设在盖体4-1所在平面的两侧。
所述盖体4-1、盖檐4-2和盖帽4-3构成异型的坩埚盖，为一个盖状体，在使用的时候，能够盖合在坩埚的开口处。所述盖帽4-3的小开口端为开孔4-4，在提脱时，方便下降杆状体。
通过设置悬挂机构，可以调节坩埚盖与坩埚的间距，所述悬挂机构包含悬挂杆 A1和悬挂杆B3，悬挂杆A1和悬挂杆B3均呈杆状，且相互螺纹连接，所述悬挂杆A1 的一端连接在上端的固定端，悬挂杆B3的一端连接在吊装孔4-5上。
实际使用时：盖体4-1上的吊装孔4-5设有3～8个，使用悬挂机构将特制的异型坩埚盖4悬挂在坩埚5上方，所述悬挂机构包含多组悬挂杆，每组悬挂杆分为两种不同规格的圆形杆体，即悬挂杆A1和悬挂杆B3，所述悬挂杆A1和悬挂杆B3通过螺纹相互连接，悬挂杆A1设有内螺纹，悬挂杆B3设有外螺纹，所述悬挂杆A和悬挂杆 B的材质选用钨或钼，采用锻打工艺制作而成，可以根据需要调节悬挂杆A1和悬挂杆B3的组合长度，当需要坩埚盖4距离坩埚5近一些时，可以缩短悬挂杆A1和悬挂杆B3的组合长度；当需要坩埚盖4距离坩埚5远一些时，可以伸长悬挂杆A1和悬挂杆B3的组合长度。
所述悬挂机构的数量与吊装孔4-5数量一致，悬挂杆与吊装孔4-5一一对应实现悬挂坩埚盖4。
所述异型坩埚盖4材质采用钼，坩埚盖4整体旋压与冲压工艺结合制作而成，同时在一周方向打8个吊装孔4-5，吊装孔4-5最好开在使用状态呈水平面的平面上。
异性坩埚盖4整体毛坯先用旋压工艺按一定角度旋出，然后用高温冲压工艺对外径一定宽度的区域用冲压工艺进行冲压，使坩埚盖外径一定宽度部分一边形成一定弧度，另一边形成一个台阶平面，该台界面几位打孔面同时也为悬挂杆与干过盖的固定面，坩埚盖中心处最后开通孔，该通孔为开孔4-4。
实施例2：参照图4，为本实用新型实施例2的结构示意图，与实施例1相比，本实施例的区别在于：悬挂杆B3与盖体4-1之间通过螺栓进行连接，所述螺栓采用钨或钼材料制成。
悬挂杆B3穿过盖体4-1，在盖体4-1两侧分别固定螺栓，将两侧的螺栓向盖体 4-1上压紧，已达到固定。
实施例3：参照图5，为本实用新型实施例3的结构示意图，与实施例1相比，本实施例的区别在于：悬挂杆B3与盖体4-1的连接端设有挡块3-1，实际工作状态，悬挂杆B3呈竖直状，在重力作用下，盖体落在挡块3-1上，挡块3-1对盖体4-1进行支撑，即盖体4-1悬挂在挡块3-1上，所述挡块采用钨或钼材料制成。
实施例4：参照图6，为本实用新型实施例4的结构示意图，与实施例3相比，本实施例的区别在于：挡块3-1上设有限位杆3-2，盖体4-1上设有能够穿过限位杆 3-2的限位孔，盖体4-1落在挡块3-1时，限位杆3-2能够穿过限位孔，以防止悬挂杆B3轴向转动。
实施例5：参照图7，为本实用新型实施例5的结构示意图，悬挂杆A和悬挂杆 B之间通过螺纹连接，通过旋转，能够方便调节悬挂杆A和悬挂杆B的组合长度。
实施例6：参照图1，为本实用新型实施例6的结构示意图，本实施例公开了一种KY法蓝宝石单晶生长装置，至少包括坩埚5、悬挂机构和坩埚盖4，所述坩埚盖4 包含盖体4-1、盖檐4-2和盖帽4-3，盖体4-1呈环状，盖体4-1表面设有通孔，该通孔为吊装孔4-5，盖檐4-2呈柱形的管状或喇叭形的管状，所述盖檐4-2的一个开口端与盖体4-1的外圆连接，另一端为自由端并向坩埚5方向延伸，盖帽4-3呈喇叭状，盖帽4-3较大的开口端与盖体4-1的内圆连接，另一端的开孔4-4为自由端并向坩埚5的反方向延伸，即盖檐4-2和盖帽4-3分别设在盖体4-1所在平面的两侧；所述悬挂机构能够连接在坩埚盖4上，并在工作状态将坩埚盖4通过悬挂机构悬挂在坩埚5开口的上方，并保持坩埚盖4与坩埚为非接触状态。
还设有上屏支撑片7，上屏支撑片7设在坩埚5开口的上方，坩埚盖4设在坩埚 5与上屏支撑片7之间，所述悬挂机构包含悬挂杆A1和悬挂杆B3，悬挂杆A1和悬挂杆B3均呈杆状，且相互螺纹连接，所述悬挂杆A1的一端连接在上屏支撑片7上，悬挂杆B3的一端连接在吊装孔4-5上。
实际使用时：通过悬挂机构连接坩埚盖4，将坩埚盖4悬挂在坩埚5的上方，工作状态时，避免坩埚盖4与坩埚5接触，在提脱等工艺时，可以为晶体上方提供更大的空间，并且能够避免坩埚盖粘连在坩埚上。
同时，还可以根据需要，调节悬挂杆A1和悬挂杆B3的组合后长度，通过旋转螺纹，实现悬挂杆的组合长度，通过改变悬挂杆组合长度，可以改变坩埚盖4距离坩埚 5开口的距离，可以更灵活的使用。
实施例7：参照图8～10，为本实用新型实施例7的结构示意图，本实施例公开了一种KY法蓝宝石单晶生长装置，包括炉体6、坩埚5、悬挂机构、上屏支撑片7-1、坩埚盖4和炉盖8，炉体上方设有开口，炉盖能够盖合在炉体的开口处，将炉体内腔形成相对密封的腔体，所述坩埚置于腔体内，所述上屏支撑片设在坩埚和炉盖之间，所述坩埚盖设在上屏支撑片和坩埚之间，上屏支撑片上设有通孔，所述悬挂机构呈杆状、条状或柱状，所述悬挂机构能够穿过上屏支撑片的通孔，其一端固定在坩埚盖上，另一端穿过炉盖置于炉体内腔外部，所述悬挂机构置于炉体外部的一端设有阻挡机构，能够阻挡或防止悬挂机构滑落落入炉体内腔，并且通过提拉悬挂机构，可以带动坩埚盖上下移动，以改变坩埚盖和坩埚之间的距离，所述坩埚盖4包含盖体4-1、盖檐4-2和盖帽4-3，盖体4-1呈环状，盖体4-1表面设有通孔，该通孔为吊装孔4-5，盖檐4-2呈柱形的管状或喇叭形的管状，所述盖檐4-2的一个开口端与盖体4-1的外圆连接，另一端为自由端并向坩埚5方向延伸，盖帽4-3呈喇叭状，盖帽4-3较大的开口端与盖体4-1的内圆连接，另一端的开孔4-4为自由端并向坩埚5的反方向延伸，即盖檐4-2和盖帽4-3分别设在盖体4-1所在平面的两侧；所述悬挂机构能够连接在坩埚盖4上，并在工作状态将坩埚盖4通过悬挂机构悬挂在坩埚5开口的上方，并保持坩埚盖4与坩埚为非接触状态。
实施例8：与实施例7相比，本实施例的不同在于，置于炉体外部的悬挂机构上设有压帽，压帽的尺寸比炉盖上的孔尺寸打，压帽能够卡在炉盖外侧，并且悬挂机构和炉盖之间设有密封装置，密封装置外侧设有水冷铜管，对密封装置降温。
提拉悬挂机构时，为了固定悬挂机构的位置，可以设置垫块，垫块的作用是垫在压帽和炉盖之间，可以在生产过程中，即时改变坩埚盖和坩埚之间的距离，使用更加灵活。
实施例9：与实施例7相比，本实施例的不同在于，悬挂机构与炉盖之间螺纹连接，并且悬挂机构和炉盖之间还设有密封装置，密封装置外侧设有水冷铜管，对密封装置降温。
生产时，可以在生产状态通过旋转悬挂机构实现坩埚盖和坩埚之间的距离，使用更加灵活便捷。
以上所述的仅是本实用新型/实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型创造构思的前提下，还可以做出若干变化和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。
