本發(fā)明涉及晶體生長(zhǎng)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及泡生法藍(lán)寶石晶體爐不同保溫屏材料的性能比較分析。

背景技術(shù)：

藍(lán)寶石晶體（α-Al2O3）的高硬度、高熔點(diǎn)等性質(zhì)，使其擁有巨大的應(yīng)用潛力，被廣泛的應(yīng)用于軍事、航空航天、通信、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。泡生法可以滿足晶體高質(zhì)量、低成本、大尺寸等特殊要求，較其他方法具有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而得到了快速的發(fā)展。為適應(yīng)市場(chǎng)需求，人們不斷對(duì)泡生法進(jìn)行著優(yōu)化改進(jìn)。目前許多研究者對(duì)泡生法爐體結(jié)構(gòu)進(jìn)來(lái)了研究[1-4]，而對(duì)爐體材料屬性的討論卻很少[5]。

采用泡生法進(jìn)行藍(lán)寶石晶體生長(zhǎng)時(shí)，爐內(nèi)處于近2000度的高溫環(huán)境中，不同保溫屏材料會(huì)影響爐內(nèi)熱量輸運(yùn)和溫度分布，是影響藍(lán)寶石晶體的生長(zhǎng)的重要因素之一。選擇合適的保溫屏材料對(duì)晶體生長(zhǎng)是非常重要的。保溫屏主要功能是隔熱，因此保溫屏材料必須滿足熔點(diǎn)高、熱導(dǎo)率低、高溫下穩(wěn)定性強(qiáng)、反射率高等物理化學(xué)特性。目前，市場(chǎng)上應(yīng)用于藍(lán)寶石生長(zhǎng)爐的保溫屏的材料主要有鎢鉬、石墨氈、氧化鋯、氧化鋯纖維等，而對(duì)各種保溫屏的性能效果以及對(duì)爐內(nèi)溫度分布的影響等方面，還未做過(guò)細(xì)致的研究。本文對(duì)幾種主要的、常見(jiàn)材料的保溫屏進(jìn)行模擬計(jì)算，從加熱功率、晶體和熔體的溫度分布、固液界面形狀等方面，對(duì)保溫屏性能進(jìn)行比較分析。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為克服上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供泡生法藍(lán)寶石晶體爐不同保溫屏材料的性能比較分析。

泡生法藍(lán)寶石晶體爐不同保溫屏材料的性能比較分析，

（1）鎢鉬，鎢、鉬具有耐高溫、硬度大、難融化和揮發(fā)等特性；鎢的熔點(diǎn)高達(dá)3653K；鉬高達(dá)2873K；

（2）石墨，純度高、保溫隔熱性能優(yōu)良是石墨的特長(zhǎng)；石墨的熔點(diǎn)極高，高達(dá)3823K，在真空下到3000 ℃時(shí)才開(kāi)始出現(xiàn)軟化的趨勢(shì)；

（3）氧化鋯及氧化鋯纖維，氧化鋯熔點(diǎn)高達(dá)2873K，可耐高溫，相比于鎢鉬和石墨，熱導(dǎo)率非常小，并且具有抗氧化、耐腐蝕、熱傳導(dǎo)率低等優(yōu)良特性，故ZrO2是優(yōu)良的隔熱材料。

所述（1）中鎢鉬金屬具有良好的側(cè)向傳導(dǎo)性。

所述（2）中石墨保溫材料為多孔石墨泡沫或石墨氈。

所述（3）中氧化鋯保溫材料是氧化鋯纖維。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：采用鎢鉬、石墨和氧化鋯作為泡生法生長(zhǎng)藍(lán)寶石晶體的保溫材料，保溫材料熱導(dǎo)率：鎢鉬> 石墨 > 氧化鋯，而發(fā)射率：石墨> 鎢鉬 > 氧化鋯。對(duì)三種保溫材料在保溫性能、對(duì)晶體溫度的影響以及對(duì)晶體固液界面的影響等方面做了比較研究。

從加熱功率方面，氧化鋯保溫性能最好，在放肩和等徑階段，相對(duì)于鎢鉬保溫屏至少節(jié)省17%的能耗，石墨保溫性能最差，相對(duì)于鎢鉬保溫屏，能耗增加了23%。

從對(duì)晶體溫度的影響方面，選用鎢鉬保溫屏和氧化鋯保溫屏晶體溫度分布較為接近，而使用石墨保溫屏，晶體軸向溫度和徑向溫度偏低。

從對(duì)固液界面形狀的影響方面，在放肩和等徑過(guò)程中，氧化鋯材料對(duì)應(yīng)的固液界面最平緩，石墨固液界面形變量最大。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明鎢保溫材料的熱導(dǎo)率圖；

圖2是本發(fā)明鉬保溫材料的熱導(dǎo)率圖；

圖3是本發(fā)明石墨保溫材料的熱導(dǎo)率圖；

圖4是本發(fā)明氧化鋯保溫材料的熱導(dǎo)率圖；

具體實(shí)施方式

泡生法藍(lán)寶石晶體爐不同保溫屏材料的性能比較分析，

（1）鎢鉬，鎢、鉬具有耐高溫、硬度大、難融化和揮發(fā)等特性。鎢的熔點(diǎn)高達(dá)3653K；鉬高達(dá)2873K；鎢鉬金屬具有良好的側(cè)向傳導(dǎo)性，熱量可以沿金屬薄片傳遞到周圍環(huán)境中，較好的起到隔熱的作用；

（2）石墨，純度高、保溫隔熱性能優(yōu)良是石墨的特長(zhǎng)；石墨的熔點(diǎn)極高，高達(dá)3823K，在真空下到3000 ℃時(shí)才開(kāi)始出現(xiàn)軟化的趨勢(shì)；目前國(guó)際上普遍采用多孔石墨泡沫或石墨氈作為石墨保溫材料；

（3）氧化鋯及氧化鋯纖維，氧化鋯熔點(diǎn)高達(dá)2873K，可耐高溫，相比于鎢鉬和石墨，熱導(dǎo)率非常小，并且具有抗氧化、耐腐蝕、熱傳導(dǎo)率低等優(yōu)良特性，故ZrO2是優(yōu)良的隔熱材料；氧化鋯纖維是常見(jiàn)的高性能的氧化鋯保溫材料，在保溫絕熱應(yīng)用領(lǐng)域有著重要地位。

實(shí)施例1

衡量保溫材料保溫性能的重要指標(biāo)就是熱損耗的大小。熱損耗主要取決于保溫材料的熱導(dǎo)率和發(fā)射率。熱導(dǎo)率越小，向外界傳遞的熱量越少；發(fā)射率越小，向外輻射的熱量也越小。

下面分別對(duì)鎢鉬保溫材料、石墨保溫材料、氧化鋯保溫材料進(jìn)行介紹比較。

各材料熱導(dǎo)率如圖1-4所示，高溫氧化鋯的熱物性還很難實(shí)驗(yàn)獲得，根據(jù)資料，近似認(rèn)為熱導(dǎo)率為常數(shù)。鎢鉬熱導(dǎo)率 > 石墨熱導(dǎo)率 > 氧化鋯熱導(dǎo)率。材料其他屬性參數(shù)如下，石墨發(fā)射率 > 鎢鉬發(fā)射率 > 氧化鋯發(fā)射率。

(1)鎢鉬

鎢、鉬具有耐高溫、硬度大、難融化和揮發(fā)等特性。鎢的熔點(diǎn)高達(dá)3653K；鉬高達(dá)2873K。鎢鉬金屬具有良好的側(cè)向傳導(dǎo)性，熱量可以沿金屬薄片傳遞到周圍環(huán)境中，較好的起到隔熱的作用。

(2)石墨

純度高、保溫隔熱性能優(yōu)良是石墨的特長(zhǎng)。石墨的熔點(diǎn)極高，高達(dá)3823K，在真空下到3000 ℃時(shí)才開(kāi)始出現(xiàn)軟化的趨勢(shì)。目前國(guó)際上普遍采用多孔石墨泡沫或石墨氈作為石墨保溫材料。

(3)氧化鋯及氧化鋯纖維

氧化鋯熔點(diǎn)高達(dá)2873K，可耐高溫，相比于鎢鉬和石墨，熱導(dǎo)率非常小，并且具有抗氧化、耐腐蝕、熱傳導(dǎo)率低等優(yōu)良特性，故ZrO2是優(yōu)良的隔熱材料。氧化鋯纖維是常見(jiàn)的高性能的氧化鋯保溫材料，在保溫絕熱應(yīng)用領(lǐng)域有著重要地位。