一种保温装置
阅读：550发布：2020-05-08
专利汇可以提供一种保温装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供一种保温装置，所述保温装置包括上保温、侧保温层和下保温层。所述上保温层的制作方法为中心带孔的圆片 石墨 毡 叠加 ，使用石墨绳 串联 使其呈整体的中心孔状的圆盘状。所述侧保温石墨毡的制作方法为石墨毡的始末端呈螺线型缠绕成近圆筒状。所述的下保温层的制作方法为采用软毡 烧结 呈倒“T”型的孔状圆台；在所述的侧保温层的内外侧，采用1-5mm直径的石墨绳竖状和横状紧密串联，使其缠绕的石墨毡紧密的 接触 压实 。该方法制作的保温装置结构既保证了对晶体的保温效果，又大大延长了装置的使用寿命，为工艺的 固化 奠定了 基础 。，下面是一种保温装置专利的具体信息内容。
1.一种保温装置，其特征在于，所述保温装置包括上保温层、侧保温层和下保温层，所述上保温层由至少一层第一石墨毡叠加形成，所述侧保温层由至少一层第二石墨毡缠绕形成，所述的下保温层由至少两层第三石墨毡烧结呈倒“T”型孔状圆台。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述石墨毡为石墨硬毡或石墨软毡。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述第一石墨毡为石墨软毡，通过第一石墨绳串联固定；其中，所述第一石墨毡呈中心开孔的圆柱状。
4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述第二石墨毡为石墨硬毡，制作方法包括：
将第二石墨软毡缠绕圆筒后放入固定磨具中；
将所述磨具浸泡于石墨胶和高纯石墨粉的混合液中至少8小时；
沥干后，至少在200℃下烘烤所述磨具至少8小时；
在至少2000℃下高温烧结至少8小时，得到所述第二石墨毡。
5.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述第二石墨毡缠绕包括沿着所述第二石墨毡的始末端相叠面纵向编织至少一条条纹，和/或沿着第二石墨毡的侧面在水平方向上编织至少一圈条纹。
6.根据权利要求5所述的装置层，其特征在于，所述第二石墨毡为石墨软毡，所述纵向编织包括等距编织至少9条条纹，所述在水平方向上编织包括等距编织至少9圈条纹，所述编织包括“弓”字串联法编织。
7.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述第三石墨毡为石墨硬毡，制作方法包括：
将第三石墨软毡裁剪后放入固定磨具中；
将所述第三石墨软毡浸泡于石墨胶和高纯石墨粉的混合液中至少8小时；
沥干后，至少在200℃下烘烤所述第三石墨软毡至少8小时；
在至少2000℃下高温烧结至少8小时，得到所述石墨硬毡。
一种保温装置
技术领域
背景技术
[0002] PVT法生长高纯碳化硅单晶体的温度高达2200度以上，如此高的高温经常使保温装置的使用寿命大幅度降低，而保温装置的保温效果变化将引起单晶生长工艺的不稳定性，降低了单晶生长质量，从而导致单晶生长的控制难度提高。
[0003] 目前保温装置大多采用石墨毡作为保温层，石墨毡的制作方式有两种，一种是硬毡方式，一种是软毡方式。
[0004] 其中，硬毡的制作过程包括，先通过石墨软毡制作一个石墨毡坯体，然后把石墨毡坯体通过浸润石墨毡和石墨胶的悬浮混合液，再通过高温烧结使其硬化。其制作的保温层由于空隙里有比较多的胶粘接碳化物，因此保温层的纯度大大的降低，含有的杂质颗粒也会比多。利用石墨硬毡作为保温层的保温装置的优点是：使用寿命周期长，工艺固化比较稳定；缺点是保温的效果比较差，生长的输入功率较高，生长的晶体纵向梯度大，晶体的内应力也比较大，容易开裂。
[0005] 软毡的制作过程包括，取发热体大小的圆筒状硬物作为轴心，石墨毡缠绕圆筒状的轴心压实滚之，滚实后用石墨绳或者钼丝固定接头。此种方式制作的保温层的优点是：保温较好、功耗消耗低、制作简单。目前使用这种保温层的保温装置更为普遍，但其缺点是保温层的使用周期短，工艺的固化比较困难。
发明内容
[0007] 为了实现上述目的，本发明采用的一种技术方案是：
[0008] 一种保温装置，其特征在于，所述装置包括上保温层、侧保温层和下保温层，所述上保温层由至少一层第一石墨毡叠加形成，所述侧保温层由至少一层第二石墨毡缠绕形成，所述的下保温层由至少两层第三石墨毡烧结呈倒“T”型孔状圆台。
[0009] 优选地，所述石墨毡为石墨硬毡或石墨软毡。
[0010] 优选地，所述第一石墨毡为石墨软毡，通过第一石墨绳串联固定；其中，所述第一石墨毡呈中心开孔的圆柱状。
[0011] 优选地，所述第二石墨毡为石墨硬毡，制作方法包括：将第二石墨软毡缠绕圆筒后放入固定磨具中；将所述磨具浸泡于石墨胶和高纯石墨粉的混合液中至少8小时；沥干后，至少在200℃下烘烤所述磨具至少8小时；在至少2000℃下高温烧结至少8小时，得到所述第二石墨毡。
[0012] 优选地，所述第二石墨毡缠绕包括沿着所述第二石墨毡的始末端相叠面纵向编织至少一条条纹，和/或沿着第二石墨毡的侧面在水平方向上编织至少一圈条纹。
[0013] 优选地，所述第二石墨毡为石墨软毡，所述纵向编织包括等距编织至少9条条纹，所述在水平方向上编织包括等距编织至少9圈条纹，所述编织包括“弓”字串联法编织。
[0014] 优选地，所述第三石墨毡为石墨硬毡，制作方法包括：将第三石墨软毡裁剪后放入固定磨具中；将所述第三石墨软毡浸泡于石墨胶和高纯石墨粉的混合液中至少8小时；沥干后，至少在200℃下烘烤所述第三石墨软毡至少8小时；在至少2000℃下高温烧结至少8小时，得到所述石墨硬毡。
[0015] 与现有技术相比，本发明的优点在于，保温装置通过石墨绳将多层石墨毡叠加压实，形成有效而实用的保温毡的筒装结构。此结构既兼有软毡的保温效果，又有硬毡的实用寿命，从而在晶体生长工艺的固化过程中，起着不可替代的作用。同时，本保温装置不仅降低了材料的损耗，还延长了装置的使用周期，晶体生长的质量也进一步的提高。从经济来说平均能耗的降低和晶体生长使用周期的延长大大地降低了成本，为后续单晶生长的量产奠定了一定的基础。附图说明
[0016] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单说明，显然，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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(图中的黑色线条为可视化的外部编织条纹，灰色为不可视的内部编织条纹。)。
[0017] 图1a：本发明一个实施例提供的保温装置的上保温层的俯视结构示意图；
[0018] 图1b：本发明一个实施例提供的保温装置的上保温层的主视结构示意图；
[0019] 图2a：本发明另一个实施例提供的保温装置的下保温层的俯视结构示意图；
[0020] 图2b：本发明另一个实施例提供的保温装置的下保温层的主视结构示意图；
[0021] 图3：本发明另一个实施例提供的保温装置的侧保温层的俯视剖视图；
[0022] 图4：本发明另一个实施例提供的保温装置的侧保温层的主视示意图；
[0023] 图5：本发明另一个实施例提供的保温装置的侧保温层的俯视剖视图；
[0024] 图6：本发明另一个实施例提供的保温装置的侧保温层的主视示意图；
[0025] 图7：本发明另一个实施例提供的保温装置的侧保温层的俯视剖视图；
[0026] 图8：本发明另一个实施例提供的保温装置的侧保温层的主视示意图；
[0027] 图9：本发明另一个实施例提供的保温装置的侧保温层的俯视剖视图；
[0028] 图10：本发明另一个实施例提供的保温装置的侧保温层的主视示意图。
具体实施方式
[0029] 现在结合附图对本发明作进一步详细的说明，但下述实施方式不构成对本发明的限制。
[0030] 图1a和图1b为本发明一个实施例提供的保温装置的上保温层的结构示意图。
[0031] 如图所示，保温装置的上保温层呈中心带孔的圆盘状。具体的，该保温装置的上保温层的制作方法包括：用直径为160mm的石墨毡切刀磨具裁剪石墨毡圆片，在石墨毡圆片的正中心开直径为40mm的小圆孔(101)。可选实施例中，按上述方法裁剪同样的5层石墨毡圆片并叠加，如图1b所示，使得该5层石墨毡圆片中心孔对齐。可选实施例中，用直径0.1mm的大头针和直径为1mm的石墨绳，对叠加的石墨毡进行上下串联呈两圈的编织，编织线路如示意图1a和图1b所示，其中，实线(102)和虚线(110)分别表示石墨绳的编织走线，实线(102)表示石墨绳水平方向的走线，虚线(110)表示石墨绳垂直方向的走线。
[0032] 图2a和图2b为本发明另一个实施例提供的保温装置的下保温层的结构示意图。
[0033] 如图2a所示，保温装置的下保温层呈圆盘状，并具有固定的倒“T”型结构，即圆盘中心垂直凸起，如图2b所示。具体的，该保温装置的下保温层的制作方法包括：首先通过石墨软毡制作下保温层，分别用直径为260mm和160mm的石墨毡裁剪工具裁剪5mm厚的石墨软毡，在石墨软毡的中心开孔，对齐后放入固定的磨具，继而进行浸泡、烘烤和烧结以得到石墨硬毡。
[0034] 可选实施例中，取9片直径为260mm和8片直径为160mm的石墨软毡，在其正中心采用直径为40mm的石墨毡裁剪工具裁剪，形成中心小孔。然后中心小孔对齐的放入固定的磨具中，再用石墨胶和高纯石墨粉的混合液浸泡石墨软毡，浸泡8-12小时后，取出沥干，首先放入200℃的烤箱烘烤8小时，然后放入真空炉内2000℃高温烧结8小时，取出后形成一个固定的倒“T”型的下保温层结构，如图2a和图2b所示。
[0035] 图3-4为本发明另一个实施例提供的保温装置的硬毡侧保温层的结构示意图。
[0036] 如图所示，图3为侧保温层的俯视剖视图，图4为侧保温层的主视示意图。具体的，保温装置的硬毡侧保温层的制作方法包括：将石墨软毡裁剪成条状，并缠绕硬质的圆筒状物，上下对齐并固定后放入磨具中。
[0037] 可选实施例中，用石墨硬毡裁剪工具将石墨软毡裁剪成长3550mm、宽330mm的条状，然后用硬质的直径为160mm的圆筒状物做筒心，用石墨软毡缠绕该筒心，保证上下对齐，卷成的筒状的石墨毡开口的始端301(或401)和末端302(或402)重叠覆盖宽度在5-10mm内，并用钼丝扎牢固定。放入固定的磨具中，再用石墨胶和高纯石墨粉的混合溶液浸泡8小时，取出去除钼丝沥干后，首先放入200℃的烤箱烘烤8小时，然后放入真空炉内2000℃高温烧结8小时，取出后的侧保温硬毡结构如图3、图4所示。
[0038] 图5-6为本发明另一个实施例提供的保温装置的软毡侧保温层的结构示意图。
[0039] 如图所示，图5为侧保温层的俯视剖视图，图6为侧保温层的主视示意图。具体的，保温装置的软毡侧保温层的制作方法包括：将石墨软毡裁剪成条状，并缠绕硬质的圆筒状物，上下对齐并固定后，使用石墨绳进行编织固定。
[0040] 可选实施例中，用石墨毡裁剪工具将石墨软毡裁剪为长度3550mm、宽330mm的条状，然后用硬质的直径为160mm的圆筒状物做筒心，用石墨软毡缠绕筒心，保证上下对齐，卷成的筒状的石墨毡开口的始端501(或601)和末端502(或602)重叠覆盖宽度在5-10mm内，并用钼丝扎牢固定。取直径为0.1mm的大头针，串联直径为1mm的石墨绳，在筒内的石墨毡始端和末端的覆盖区域距顶部5mm处开始串联石墨绳，石墨绳串联的步长为5mm，采用“弓”字串联法，一直串联到距筒底端距离5mm处截止。编织的方式如图5、图6所示。
[0041] 图7-8为本发明另一个实施例提供的保温装置的软毡侧保温层的结构示意图。
[0042] 如图所示，图7为侧保温层的俯视剖视图，图8为侧保温层的主视示意图。具体的，保温装置的软毡侧保温层的制作方法包括：将石墨软毡裁剪成条状，并缠绕硬质的圆筒状物，上下对齐并固定后使用石墨绳进行编织。
[0043] 可选实施例中，用石墨毡裁剪工具将石墨软毡裁剪为长度3550mm、宽330mm的条状，然后用硬质的直径为160mm的圆筒状物做筒心，用石墨软毡缠绕筒心，保证上下对齐，卷成的筒状的石墨毡开口的始端701(或801)和末端702(或802)重叠覆盖宽度在5-10mm内，并用钼丝扎牢固定。取直径为0.1mm的大头针，串联直径为1mm的石墨绳，在筒内的石墨毡始端和末端的覆盖区域距顶部5mm处开始串联石墨绳，石墨绳串联的步长为5mm，采用“弓”字串联法，一直串联到距筒底端距离5mm处截至形成一竖条纹。同理在石墨软毡的侧面中心处横向串联编织，石墨绳串联的步长为5mm，亦采用“弓”字串联法，编织一圈，形成一横。然后在石墨软毡的上部和下部再均匀的编织8道横向的编织条纹，每条编织条纹的间距在28mm，编织的方式如图7、图8所示。
[0044] 图9-10为本发明另一个实施例提供的保温装置的软毡侧保温层的结构示意图。
[0045] 如图所示，图9为侧保温层的俯视剖视图，图10为侧保温层的主视示意图。具体的，保温装置的软毡侧保温层的制作方法包括：将石墨软毡裁剪成条状，并缠绕硬质的圆筒状物，上下对齐并固定后使用石墨绳进行编织。
[0046] 可选实施例中，用石墨毡裁剪工具将石墨软毡裁剪为长度3550mm、宽330mm的条状，然后用硬质的直径为160mm的圆筒状物做筒心，用石墨毡缠绕筒心，保证上下对齐，卷成的筒状的石墨毡开口的始端901(或1001)和末端902(或1002)重叠覆盖宽度在5-10mm内，并用钼丝扎牢固定。取直径为0.1mm的大头针，串联直径为1mm的石墨绳，在筒内的石墨毡始端和末端的覆盖区域距顶部5mm处开始串联石墨绳，石墨绳串联的步长为5mm，采用“弓”字串联法，一直串联到距筒底端距离5mm处截至形成一竖条纹状，然后旋转保温筒40°，按上述步骤再次编织一条竖状条纹，依次旋转40°，在整个保温筒上均匀的编织9条竖状的编织条纹。同理在石墨软毡的侧面中心处横向串联编织，石墨绳串联的步长为5mm，采用“弓”字串联法，编织一圈，形成一横。然后在石墨软毡的上部和下部在均匀的编织8道横向的编织条纹，每条编织条纹的间距在28mm，编织的方式如图9、图10所示。
[0047] 选用上述石墨毡保温层组合形成实施例1-4所示的保温装置，实施例采用的具体结构如表1所示：
[0048] 表1实施例1-4及对比例的各层结构
[0049]
[0050]
[0051] 取实施例1-4及对比例1-2编织的保温装置进行长晶生长实验，分别统计在长晶温度2200℃下的生长功率和实用寿命：其中对比例1采用传统的缠绕滚筒式法缠绕侧保温层，上层保温层采用叠加毡的形式；对比例2相比较于对比例1，又对软毡进行了硬化高温处理。
[0052] 下表显示出实施例1-4以及对比例1和对比例2的保温装置在单晶生长的红外测温仪监控2200℃高温下，单晶生长的中频电源平均输出功率随生长时间的延长功率的变化趋势：
[0053] 表2实施例1-4及对比例1-2的平均功率随时间变化趋势
[0054]
[0055] 从上表中我们可以看出，使用相同的上、下保温层，在实验同样的条件下，当保持时长为120hr时，实施例1的平均功率为11.05kw，分别比实施例2、实施例3和实施例4高出1.89kw、1.9kw和1.91kw，功率溢出率约21％。在高温生长时长为1080hr时，实施例1的生长功率的增幅在7.24％。同样条件下实施例2普通缠绕的软毡在高温生长600hr的时长下，相较于高温生长时长为120hr的情况，生长功率的增幅在25.5％，在生长高温1080hr的时长下，生长功率的增幅高达41.9％。
[0056] 在本发明实施例的保温装置中，采用一竖九横的实施例3编织的保温层，相比较于高温生长120hr时长时，高温生长600hr的生长功率增幅在17.60％，高温生长840hr的生长功率增幅在26.1％，高温生长1080hr的生长功率增幅在39.5％；采用九竖九横编织的实施例4保温层，相比较于高温生长120hr时长时，高温生长600hr的生长功率增幅10.1％，高温生长1080hr的生长功率增幅在26.5％。而对比例1中完全采用传统的软毡保温的方式，相比较于高温生长120hr时长时，高温生长600hr的生长功率增幅35.80％，高温1080hr的生长功率增幅达到61.48％；对比例2采用传统硬毡的保温方式，相比较于高温生长120hr时长时，高温生长600hr的生长增幅6.84％，高温1080hr的生长功率增幅12.11％。
[0057] 因此从生长功率的节能和使用寿命的周期延长上分析，本发明实施例提供的九竖九横编织的保温装置(即实施例4)，具有最低的平均功率以及功率的增长幅度，表示其在节能和寿命上具有很大的优势，为后续的单晶生长的量产化奠定了基础。
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