本申請涉及藍寶石長晶技術領域，尤其涉及一種藍寶石長晶爐置換坩堝裝置。

背景技術：

藍寶石具有硬度高、耐磨性好以及耐熱性好等許多優(yōu)異的性能。業(yè)內通常采用泡生法，在藍寶石長晶爐內生長藍寶石晶體。如圖1至圖3所示，一種現(xiàn)有的藍寶石長晶爐900包括：爐筒8、設置于爐筒8頂部的上法蘭1、設置于爐筒8底部的下法蘭9、設置于下法蘭9上的坩堝支撐軸10，以及設置于下法蘭9上的底部加熱器6。底部加熱器6為三相交流E型結構，包括A相加熱器電極爪61、B相加熱器電極爪62以及C相加熱器電極爪63。坩堝支撐軸10上用于放置坩堝5，底部加熱器6用于對坩堝5加熱，坩堝5與爐筒8之間設置有保溫組件2，坩堝5與保溫組件2之間還設置有側加熱器4。在藍寶石長晶爐內生長藍寶石晶體的工藝通常包括：首先向坩堝5中裝入原料，將坩堝5及原料放入藍寶石長晶爐900，然后對坩堝5升溫加熱，使原料在坩堝5內開始長晶過程。原料在坩堝5中加熱融化后，通過籽晶熔接進行晶體生長，由于藍寶石晶體生長所需溫度在2000℃以上，晶體在坩堝5內存在較大的溫度梯度，為保證晶體的完整性及晶體的內應力不過大，晶體生長結束后需要進行退火，之后再進行自然冷卻，自然冷卻后方可取出坩堝5和晶體。

晶體自然冷卻后，通常采用專門的取坩堝裝置取出坩堝和晶體。如圖4所示，為一種現(xiàn)有的取坩堝裝置40的結構示意圖，取坩堝裝置40包括：限位架41、承載架43，以及連接限位架41和承載架43的連接架42。其中，限位架41端面設置有弧狀凹槽411，承載架43包括多個平行設置的坩堝爪431。由于藍寶石長晶爐900中，在坩堝5的底部采用坩堝支撐軸10及底部加熱器6的特定支撐方式，因此，取出坩堝5和晶體時，可采用液壓升降平臺將下法蘭9下降的方式，將晶體隨坩堝支撐軸10及坩堝5一起取出。如圖5所示，為利用取坩堝裝置40，將坩堝5和晶體取出的示意圖，其中，將承載架43的坩堝爪431伸入坩堝5、坩堝軸10及底加熱器6所形成的空間內，使坩堝5進入限位架41的弧狀凹槽411內，通過抬升承載架43，將坩堝5從坩堝支撐軸10上托起，之后將坩堝5以及坩堝5內的晶體一同取出。

然而，在實際生產(chǎn)中，晶體的自然冷卻，以及取出坩堝和晶體這兩個流程耗時較長，通常需要60個小時，采用現(xiàn)有的操作方法和取坩堝裝置，需要等藍寶石長晶爐內的晶體自然冷卻后，才能將坩堝和晶體取出，換入裝有原料的新坩堝，嚴重降低藍寶石長晶爐的稼動率。

技術實現(xiàn)要素：

本申請?zhí)峁┝艘环N藍寶石長晶爐置換坩堝裝置，以解決現(xiàn)有技術中，藍寶石長晶爐的稼動率低的問題。

本申請實施例提供了一種藍寶石長晶爐置換坩堝裝置，所述裝置包括：晶體生長室和坩堝置換室；

所述晶體生長室設置于所述坩堝置換室的頂部；

所述晶體生長室的底部與所述坩堝置換室連通，所述晶體生長室與所述坩堝置換室相連通的區(qū)域設置有開合部件；

所述坩堝置換室內部設置有冷卻平臺、換料平臺、上下料平臺以及坩堝運送組件；

所述上下料平臺、所述冷卻平臺以及所述換料平臺在所述坩堝置換室內部沿同一方向依次設置，所述上下料平臺位于所述晶體生長室的底部，所述坩堝運送組件設置于所述上下料平臺、所述冷卻平臺以及所述換料平臺的一側。

可選的，所述坩堝運送組件包括：沿水平方向設置的滑軌，以及與所述滑軌滑動連接的機械手，所述滑軌的長度大于所述上下料平臺與所述換料平臺之間的距離。

可選的，在第一方面的第二種可實施方式中，所述滑軌包括主干軌道，以及分別與所述主軌道連接的第一分支軌道、第二分支軌道以及第三分支軌道；

所述主干軌道與所述上下料平臺、所述冷卻平臺以及所述換料平臺的排布方向平行；

所述第一分支軌道朝向所述上下料平臺的方向延伸，所述第二分支軌道朝向所述冷卻平臺的方向延伸，所述第三所述分支軌道朝向所述換料平臺的方向延伸。

可選的，所述主干軌道兩端設置有豎直滑軌，所述主干軌道兩端與所述豎直滑軌滑動連接，所述主干軌道底部設置有升降氣缸。

可選的，所述裝置還包括真空泵，所述真空泵與所述坩堝置換室連接。

可選的，所述開合部件是法蘭盤。

可選的，所述冷卻平臺、所述換料平臺以及所述上下料平臺為液壓式升降平臺。

由以上技術方案可知，本申請?zhí)峁┑乃{寶石長晶爐置換坩堝裝置，該裝置包括晶體生長室和坩堝置換室，晶體生長室設置于坩堝置換室的頂部，晶體生長室的底部與坩堝置換室連通，晶體生長室與坩堝置換室相連通的區(qū)域設置有開合部件；坩堝置換室內部設置有冷卻平臺、換料平臺、上下料平臺以及坩堝運送組件；上下料平臺、冷卻平臺以及換料平臺在坩堝置換室內部沿同一方向依次設置，上下料平臺位于晶體生長室的底部，坩堝運送組件設置于上下料平臺、冷卻平臺以及換料平臺的一側，其中，晶體生長室用于放置藍寶石長晶爐，在藍寶石長晶爐內利用坩堝生長晶體，晶體生長室中待冷卻坩堝落內的晶體退火結束后，開啟開合部件，使待冷卻坩堝落置在上下料平臺上，之后下降上下料平臺至冷卻平臺的高度，再利用坩堝運送組件抓取待冷卻坩堝，將待冷卻坩堝移動至冷卻平臺上，利用坩堝運送組件抓取預裝有晶體原料的待置換坩堝，待置換坩堝預置在換料平臺上，同時，下降冷卻平臺，使待冷卻坩堝內退火后的晶體冷卻；接著利用坩堝運送組件將待置換坩堝移動至上下料平臺上，上升上下料平臺，將待置換坩堝送入晶體生長室，最后關閉開合部件，在晶體生長室內，對待置換坩堝內的晶體加熱；通過本申請?zhí)峁┑乃{寶石長晶爐置換坩堝裝置，可在坩堝置換室內，對裝有退火后的高溫晶體的坩堝與裝有原料的坩堝進行置換，將裝有原料的坩堝置換入長晶爐后直接升溫、長晶；置換出的裝有退火后的高溫晶體的坩堝，可在坩堝置換室內自然冷卻，縮短現(xiàn)有技術中，晶體自然冷卻以及取坩堝所需要的時間，提升藍寶石長晶爐的稼動率。

附圖說明

為了更清楚地說明本申請的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，對于本領域普通技術人員而言，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為一種現(xiàn)有的藍寶石長晶爐的結構示意圖；

圖2為圖1中的底部加熱器的結構示意圖；

圖3為圖1中的坩堝支撐方式的示意圖；

圖4為一種現(xiàn)有的取坩堝裝置的結構示意圖；

圖5為圖4的取坩堝裝置的取坩堝的示意圖；

圖6為本申請?zhí)峁┑乃{寶石長晶爐置換坩堝裝置的第一實施例的示意圖；

圖7為圖6的藍寶石長晶爐置換坩堝裝置的內部示意圖；

圖8為本申請?zhí)峁┑乃{寶石長晶爐置換坩堝裝置的第二實施例的示意圖；

圖9為利用本申請實施例提供的藍寶石長晶爐置換坩堝裝置置換坩堝的流程圖；

圖10為圖9中的步驟S3的示意圖；

圖11為圖9中的步驟S4的示意圖；

圖12為圖9中的步驟S5的示意圖；

圖13為圖9中的步驟S6的示意圖；

圖14為圖9中的步驟S7的示意圖。

圖中，1-上法蘭；2-保溫組件；4-側加熱器；5-坩堝；6-底部加熱器；8-爐筒；9-下法蘭；10-坩堝支撐軸；61-A相加熱器電極爪；62-B相加熱器電極爪；63-C相加熱器電極爪；40-取坩堝裝置；41-限位架；42-連接架；43-承載架；411-弧狀凹槽；431-坩堝爪；51-待冷卻坩堝；52-待置換坩堝；100-晶體生長室；200-坩堝置換室；101-開合部件；201-冷卻平臺；202-換料平臺；203-滑軌；204-機械手；205-上下料平臺；206-真空泵；2030-主干軌道；2031-第一分支軌道；2032-第二分支軌道；2033-第三分支軌道；2034-豎直滑軌；2035-升降氣缸；900-藍寶石長晶爐。

具體實施方式

實施例一

請同時參閱圖1、圖6和圖7，為本申請?zhí)峁┑乃{寶石長晶爐置換坩堝裝置的第一實施例，該裝置包括：晶體生長室100和坩堝置換室200。晶體生長室100設置于坩堝置換室200的頂部。

晶體生長室100的底部與坩堝置換室200連通，并且，晶體生長室100與坩堝置換室200相連通區(qū)域的開口尺寸大于常用的坩堝的尺寸，以保證坩堝能夠順利在晶體生長室100的底部與坩堝置換室200之間出入。

晶體生長室100與坩堝置換室200相連通區(qū)域設置有開合部件101，在本實施例中，開合部件101即藍寶石長晶爐900的下法蘭9，可通過打開下法蘭9，使得長晶爐900內的坩堝5從長晶爐900底部移出，進入坩堝置換室200。

其中，晶體生長室100可以是圓柱狀的腔體，坩堝置換室200可以是長方體狀的腔體，并且，坩堝置換室200的上表面的面積大于晶體生長室100的底面的面積，以保證坩堝置換室200內有足夠的空間，來實現(xiàn)待冷卻坩堝與待置換坩堝之間的置換，以及待冷卻坩堝內晶體的冷卻。

晶體生長室100內部用于放置與圖1同一類型的藍寶石長晶爐900，即采用底部獨立加熱器6進行加熱的長晶爐900，由于此種結構的藍寶石長晶爐中，底部加熱器6為獨立結構，因此可采用開啟下法蘭9的方式，將晶體隨坩堝5一起下降至坩堝置換室200。

坩堝置換室200用于接收晶體生長室100內的藍寶石長晶爐900中，已經(jīng)完成退火工藝、待冷卻的晶體，使待冷卻的晶體在坩堝置換室200內完成冷卻過程。同時，將坩堝置換室200內，裝有晶體原料的新坩堝置換入晶體生長室100內的藍寶石長晶爐900中，繼續(xù)進行升溫、長晶以及退火工藝，使得新坩堝內晶體的長晶和原有坩堝內的晶體冷卻同時進行，有效解決現(xiàn)有技術中，藍寶石長晶爐900中退火后的晶體需要較長的冷卻時間，冷卻后才能換入裝有晶體原料的新坩堝，降低藍寶石長晶爐900的稼動率的問題。

坩堝置換室200內部設置有冷卻平臺201、換料平臺202、上下料平臺205以及坩堝運送組件。

上下料平臺205、冷卻平臺201以及換料平臺202在坩堝置換室200內部沿同一方向依次設置，上下料平臺205位于晶體生長室100的底部，坩堝運送組件設置于上下料平臺205、冷卻平臺201以及換料平臺202的一側。冷卻平臺201、換料平臺202以及上下料平臺205為液壓式升降平臺，可靈活調節(jié)高度，提升坩堝的置換效率。

冷卻平臺201用于承載待冷卻坩堝，使得待冷卻坩堝內的晶體在坩堝置換室200內部完成冷卻過程。

換料平臺202用于承載待置換坩堝，即裝有晶體原料的新坩堝，以備隨時與承載待冷卻坩堝進行置換，進入晶體生長室100內的長晶爐900中，進行升溫、長晶以及退火工藝。

上下料平臺205用于通過下降一定高度，將待置換坩堝從晶體生長室100內的藍寶石長晶爐900中移出，以及，通過上升一定高度，將待置換坩堝送入晶體生長室100內的藍寶石長晶爐900。

坩堝運送組件用于搬運待冷卻坩堝和待置換坩堝，完成整個置換過程。在本實施例中，坩堝運送組件包括：沿水平方向設置的滑軌203，以及與滑軌203滑動連接的機械手204，上下料平臺205、冷卻平臺201以及換料平臺202均位于機械手204的滑動范圍內。滑軌203的長度大于上下料平臺205與換料平臺202之間的距離。

坩堝運送組件可采用電動、氣動或者液壓驅動等方式，控制機械手204在滑軌203上滑動。

進一步地，滑軌203包括主干軌道2030，以及分別與主軌道2030連接的第一分支軌道2031、第二分支軌道2032以及第三分支軌道2033。主干軌道2030與上下料平臺205、冷卻平臺201以及換料平臺202的排布方向平行。

其中，第一分支軌道2031朝向上下料平臺205的方向延伸，第二分支軌道2032朝向冷卻平臺201的方向延伸，第三分支軌道2033朝向換料平臺202的方向延伸。機械手204可分別沿著第一分支軌道2031、第二分支軌道2032以及第三分支軌道2033移動，對上下料平臺205、冷卻平臺201以及換料平臺202上的坩堝進行取放。

本申請實施例提供的藍寶石長晶爐置換坩堝裝置，還包括真空泵206，真空泵206與坩堝置換室200連接，用于待晶體生長室100中待冷卻坩堝落內的晶體退火結束后，對坩堝置換室200抽真空，使坩堝置換室200內的氣壓與晶體生長室100中內的氣壓相同，使得待冷卻坩堝落內的晶體在坩堝置換室200內，達到與在晶體生長室100中同樣的冷卻效果。

由以上可知，本申請?zhí)峁┑乃{寶石長晶爐置換坩堝裝置的第一實施例，通過設置晶體生長室100和坩堝置換室200，晶體生長室100設置于坩堝置換室200的頂部，晶體生長室100的底部與坩堝置換室200連通，晶體生長室100與坩堝置換室200相連通的區(qū)域設置有開合部件101，坩堝置換室200內部設置有冷卻平臺201、換料平臺202、上下料平臺205以及坩堝運送組件；可在坩堝置換室內，對裝有退火后的高溫晶體的坩堝與裝有原料的坩堝進行置換，將裝有原料的坩堝置換入長晶爐后直接升溫、長晶；置換出的裝有退火后的高溫晶體的坩堝，可在坩堝置換室內自然冷卻，縮短現(xiàn)有技術中，晶體自然冷卻以及取坩堝所需要的時間，提升藍寶石長晶爐的稼動率。

實施例二

請參閱圖8，為本申請?zhí)峁┑乃{寶石長晶爐置換坩堝裝置的第二實施例，該第二實施例與上述第一實施例的區(qū)別在于：主干軌道2030兩端設置有豎直滑軌2034，主干軌道2030兩端與豎直滑軌2034滑動連接，主干軌道2030底部設置有升降氣缸2035。

通過在主干軌道2030兩端設置豎直滑軌2034，在主干軌道2030底部設置升降氣缸2035，使得主干軌道2030可沿著豎直滑軌2034在豎直方向移動，提升機械手204的移動靈活性。

由以上可知，本申請?zhí)峁┑乃{寶石長晶爐置換坩堝裝置的第二實施例，在第一實施例的基礎上，在主干軌道2030兩端設置豎直滑軌2034，主干軌道2030兩端與豎直滑軌2034滑動連接，主干軌道2030底部設置有升降氣缸2035，使得主干軌道2030可沿著豎直滑軌2034在豎直方向移動，提升機械手204的移動靈活性，并可通過與可升降的冷卻平臺201、換料平臺202以及上下料平臺205相配合，提升坩堝置換的效率，從而進一步提升藍寶石長晶爐的稼動率。

請同時參閱圖9至圖14，圖9為利用本申請實施例提供的藍寶石長晶爐置換坩堝裝置置換坩堝的流程圖。

晶體生長室100放置有待冷卻坩堝51，并且待冷卻坩堝51內的晶體已經(jīng)完成退火工藝，即將進行下一步的冷卻工藝；坩堝置換室200內的換料平臺202上放置有待置換坩堝52，待置換坩堝52內裝有待長晶的新的晶體原料。

可預先調節(jié)上下料平臺205至晶體生長室100的底部，將冷卻平臺201和換料平臺202的高度調節(jié)至坩堝置換室200的中部左右，并且冷卻平臺201和換料平臺202的高度相同。

利用本申請實施例提供的藍寶石長晶爐置換坩堝裝置置換坩堝的方法包括如下步驟：

步驟S1、晶體生長室100中待冷卻坩堝落51內的晶體退火結束后，對坩堝置換室200抽真空，使坩堝置換室200內的氣壓與晶體生長室100中內的氣壓相同。

具體地，利用真空泵206，對坩堝置換室200抽真空，使坩堝置換室200內的氣壓與晶體生長室100中內的氣壓相同，以保證待冷卻坩堝落內的晶體在坩堝置換室200內，達到與在晶體生長室100中同樣的冷卻效果。

步驟S2、開啟開合部件101，使待冷卻坩堝51落置在上下料平臺205上。

結合圖1，該步驟中，將待冷卻坩堝51與藍寶石長晶爐900中的底部加熱器6、坩堝支撐軸10以及位于待冷卻坩堝51底部的保溫組件2一同落落置在上下料平臺205上。

步驟S3、如圖10所示，下降上下料平臺205至冷卻平臺201的高度。

步驟S4、如圖11所示，利用坩堝運送組件抓取待冷卻坩堝51，將待冷卻坩堝51移動至冷卻平臺201上。

結合圖1，該步驟中，機械手204伸入待冷卻坩堝51，坩堝軸10及底加熱器6所形成的空間內，將坩堝5從坩堝支撐軸10上托起并移動。

步驟S5、如圖12所示，利用坩堝運送組件抓取預裝有晶體原料的待置換坩堝52，待置換坩堝52預置在換料平臺202上，同時，下降冷卻平臺201，使待冷卻坩堝51內退火后的晶體冷卻。

步驟S6、如圖13所示，利用坩堝運送組件將待置換坩堝52移動至上下料平臺205上。

步驟S7、如圖14所示，上升上下料平臺205，將待置換坩堝52送入晶體生長室100。

步驟S8、關閉開合部件101，在晶體生長室100內，對待置換坩堝52內的晶體加熱。

此時，待冷卻坩堝51內的晶體在坩堝置換室200內自然冷卻，待置換坩堝52內的晶體在晶體生長室100內進行長晶，二者同時進行，顯著縮短現(xiàn)有技術中，晶體自然冷卻以及取坩堝所需要的時間，提升藍寶石長晶爐的稼動率。

以上的本申請實施方式并不構成對本申請保護范圍的限定。