蓝宝石单晶炉隔热屏内胆损坏机理

廖彬彬

廖彬彬. 蓝宝石单晶炉隔热屏内胆损坏机理[J]. 粉末冶金技术, 2021, 39(3): 229-233. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2021030017
引用本文: 廖彬彬. 蓝宝石单晶炉隔热屏内胆损坏机理[J]. 粉末冶金技术, 2021, 39(3): 229-233. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2021030017
LIAO Bin-bin. Damage mechanism of inner heat shield of sapphire single crystal furnace[J]. Powder Metallurgy Technology, 2021, 39(3): 229-233. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2021030017
Citation: LIAO Bin-bin. Damage mechanism of inner heat shield of sapphire single crystal furnace[J]. Powder Metallurgy Technology, 2021, 39(3): 229-233. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2021030017

蓝宝石单晶炉隔热屏内胆损坏机理

doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2021030017
基金项目: 国家重点研发计划专项资助项目(2017YFB0305600)
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    通讯作者:

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  • 中图分类号: TG146.41

Damage mechanism of inner heat shield of sapphire single crystal furnace

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  • 摘要: 通过研究金属钼(Mo)在真空环境下蒸发速率和饱和蒸气压与温度的关系,探讨了蓝宝石单晶炉Mo隔热屏内胆的损坏机理。结果表明,蓝宝石单晶炉的核心工作温度在2100 ℃以上,每炉的高温阶段时间超过120 h,隔热屏内胆在高真空环境下产生蒸发,由电子显微结构可以看到Mo片表面疏松、多孔,厚度逐渐变薄、剥落,失去隔热作用。利用金属高温环境下的蒸发速率、饱和蒸气压和工作时间推算出金属因蒸发而造成的厚度变化公式,由公式测算出来蓝宝石单晶炉的隔热屏内胆变薄的趋势与实际使用寿命相吻合。由于金属钨(W)的熔点比钼更高,利用该公式可以测算出W在蓝宝石单晶炉最严苛的工作条件下几乎不会蒸发变薄,是一种理想的隔热屏内胆替代品。
  • 图  1  蓝宝石单晶炉结构简图

    Figure  1.  Schematic diagram of the sapphire single crystal furnace

    图  2  隔热屏内胆损坏情况

    Figure  2.  Evaporation damage of the inner heat shield

    图  3  隔热屏内胆钼片高温蒸发后显微组织:(a)×500;(b)×100

    Figure  3.  SEM images of the molybdenum sheets used for the inner heat shield after the evaporation damage: (a) ×500; (b) ×100

    图  4  W片用作隔热屏内胆的金相组织

    Figure  4.  Metallographic image of the tungsten sheets used for the inner heat shield

    图  5  多炉使用后的W片隔热屏内胆宏观形貌

    Figure  5.  Macro morphology of the tungsten sheets used for the inner heat shield after the repeated use

    表  1  不同温度下Mo和W的饱和蒸气压与蒸发速率

    Table  1.   Vapour pressure and evaporation rate of the molybdenum and tungsten at different temperatures

    温度 / ℃饱和蒸气压 / Pa 蒸发速率 / (mg·cm−2·h−1)
    MoW MoW
    17002×10−510−10 0.003
    18001×10−42×10−9 0.0206×10−7
    19006×10−42×10−80.2006×10−6
    20000.0032×10−70.8006×10−5
    21000.0101×10−62.0004×10−4
    22000.0306×10−65.0000.002
    23000.1003×10−540.0000.010
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    表  2  蓝宝石长晶炉内胆Mo片厚度测量结果

    Table  2.   Measurement results of the Mo sheet thickness in the sapphire single crystal furnace cm

    测量点长晶炉数
    原始厚度12345
    测量点12.021.801.591.361.100.90
    测量点22.041.831.601.361.090.88
    测量点32.041.821.631.381.130.91
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  • 收稿日期:  2021-03-05
  • 刊出日期:  2021-06-25

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