本發明涉及晶體生長技術領域，具體涉及泡生法藍寶石晶體爐不同保溫屏材料的性能比較分析。

背景技術：

藍寶石晶體（α-Al2O3）的高硬度、高熔點等性質，使其擁有巨大的應用潛力，被廣泛的應用于軍事、航空航天、通信、醫學等領域。泡生法可以滿足晶體高質量、低成本、大尺寸等特殊要求，較其他方法具有明顯的優勢，因而得到了快速的發展。為適應市場需求，人們不斷對泡生法進行著優化改進。目前許多研究者對泡生法爐體結構進來了研究[1-4]，而對爐體材料屬性的討論卻很少[5]。

采用泡生法進行藍寶石晶體生長時，爐內處于近2000度的高溫環境中，不同保溫屏材料會影響爐內熱量輸運和溫度分布，是影響藍寶石晶體的生長的重要因素之一。選擇合適的保溫屏材料對晶體生長是非常重要的。保溫屏主要功能是隔熱，因此保溫屏材料必須滿足熔點高、熱導率低、高溫下穩定性強、反射率高等物理化學特性。目前，市場上應用于藍寶石生長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，而對各種保溫屏的性能效果以及對爐內溫度分布的影響等方面，還未做過細致的研究。本文對幾種主要的、常見材料的保溫屏進行模擬計算，從加熱功率、晶體和熔體的溫度分布、固液界面形狀等方面，對保溫屏性能進行比較分析。

技術實現要素：

為克服上述技術問題，本發明提供泡生法藍寶石晶體爐不同保溫屏材料的性能比較分析。

泡生法藍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、難融化和揮發等特性；鎢的熔點高達3653K；鉬高達2873K；

（2）石墨，純度高、保溫隔熱性能優良是石墨的特長；石墨的熔點極高，高達3823K，在真空下到3000 ℃時才開始出現軟化的趨勢；

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

所述（1）中鎢鉬金屬具有良好的側向傳導性。

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。

本發明的優點是：采用鎢鉬、石墨和氧化鋯作為泡生法生長藍寶石晶體的保溫材料，保溫材料熱導率：鎢鉬> 石墨 > 氧化鋯，而發射率：石墨> 鎢鉬 > 氧化鋯。對三種保溫材料在保溫性能、對晶體溫度的影響以及對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，相對于鎢鉬保溫屏至少節省17%的能耗，石墨保溫性能最差，相對于鎢鉬保溫屏，能耗增加了23%。

從對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。

從對固液界面形狀的影響方面，在放肩和等徑過程中，氧化鋯材料對應的固液界面最平緩，石墨固液界面形變量最大。

附圖說明

圖1是本發明鎢保溫材料的熱導率圖；

圖2是本發明鉬保溫材料的熱導率圖；

圖3是本發明石墨保溫材料的熱導率圖；

圖4是本發明氧化鋯保溫材料的熱導率圖；

具體實施方式

泡生法藍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、難融化和揮發等特性。鎢的熔點高達3653K；鉬高達2873K；鎢鉬金屬具有良好的側向傳導性，熱量可以沿金屬薄片傳遞到周圍環境中，較好的起到隔熱的作用；

（2）石墨，純度高、保溫隔熱性能優良是石墨的特長；石墨的熔點極高，高達3823K，在真空下到3000 ℃時才開始出現軟化的趨勢；目前國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，氧化鋯熔點高達2873K，可耐高溫，相比于鎢鉬和石墨，熱導率非常小，并且具有抗氧化、耐腐蝕、熱傳導率低等優良特性，故ZrO2是優良的隔熱材料；氧化鋯纖維是常見的高性能的氧化鋯保溫材料，在保溫絕熱應用領域有著重要地位。

實施例1

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

下面分別對鎢鉬保溫材料、石墨保溫材料、氧化鋯保溫材料進行介紹比較。

各材料熱導率如圖1-4所示，高溫氧化鋯的熱物性還很難實驗獲得，根據資料，近似認為熱導率為常數。鎢鉬熱導率 > 石墨熱導率 > 氧化鋯熱導率。材料其他屬性參數如下，石墨發射率 > 鎢鉬發射率 > 氧化鋯發射率。

(1)鎢鉬

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

(2)石墨

純度高、保溫隔熱性能優良是石墨的特長。石墨的熔點極高，高達3823K，在真空下到3000 ℃時才開始出現軟化的趨勢。目前國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

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