一种焰熔法生长晶体的燃烧器制造技术

本实用新型专利技术一种焰熔法生长晶体的燃烧器，包括：锥形送料口、中心管、氢气入口、外部氧气入口、氢气环形管道、外部氧气环形管道、晶体生长室以及晶体生长基座，锥形送料口与中心管连接，粉体和氧气从锥形送料口送入中心管，中心管外设置氢气环形管道，氢气环形管道通过与其连接的氢气入口充入氢气，氢气环形管道外设置外部氧气环形管道，外部氧气环形管道通过其连接的外部氧气入口充入氧气，中心管、氢气环形管道、外部氧气环形管道的末端均与晶体生长室相连通，生长室内设置晶体生长基座。本实用新型专利技术的优点能够大幅度减少燃烧器的径向和轴向的压力分布，使氧气径向分布更加均匀，减少晶体氧空位，大幅提高晶体生长的尺寸和均匀性，提高晶体质量。

Burner for crystal growth by flame melting method

The utility model relates to a burner for crystal growth by flame melting, which comprises a conical feeding port, a central pipe, a hydrogen inlet, an external oxygen inlet, a hydrogen annular pipe, an external oxygen annular pipe, a crystal growth chamber and a crystal growth base, a conical feeding port connected with a central pipe, and a powder and oxygen inlet from a conical feeding port. A hydrogen ring pipe is arranged outside the central pipe, and the hydrogen ring pipe is filled with hydrogen through the hydrogen inlet connected with it. An external oxygen ring pipe is arranged outside the hydrogen ring pipe. The external oxygen ring pipe is filled with oxygen through the external oxygen inlet connected with the hydrogen ring pipe, and the central pipe, the hydrogen ring pipe and the external oxygen ring pipe are filled with oxygen. The ends of the pipes are connected with the crystal growth chamber, and the crystal growth base is set up in the growth chamber. The utility model has the advantages of greatly reducing radial and axial pressure distribution of the burner, making the radial distribution of oxygen more uniform, reducing crystal oxygen vacancy, greatly improving the size and uniformity of crystal growth, and improving crystal quality.

【技术实现步骤摘要】
一种焰熔法生长晶体的燃烧器
本技术属于晶体材料研究
，特别涉及一种焰熔法生长晶体的燃烧器。
技术介绍
传统的焰熔法晶体生长燃烧器，都是两管燃烧器。炉体高为250mm,外径为180mm,炉膛内腔为圆锥台型,上部直径为40mm,下部直径为60mm。炉体内的耐火层用刚玉粉和粘土混合而成,保温层用石棉填充,外壁是用1mm厚的钢板制成的圆筒。中心孔直径为4mm,用于通入氧气和氧化物粉末,在直径为18mm的圆上均匀分布12个直径为2mm的氢气孔。工作时，氧气和氧化物粉末从上部进入燃烧室内，氧气与外部管内通入的氢气汇合燃烧提供燃烧室内20000℃左右的温度，融化粉体形成融帽，进而生长晶体。这种两管燃烧器的缺点在于三个方面：首先提供的火焰集中在融帽顶部，而融帽径向温度梯度大，使晶体阔肩生长困难，不易长成大尺寸晶体，仅靠增大中心喷嘴直径以降低径向温度梯度是不行的,因为中心喷嘴直径增大后，为防止回火，必须保持氧气的流量，致使发热量超过需要，造成局部温度过高；其次，过于集中的气流导致炉体内融冒周围轴向和径向压力分布存在较大梯度，导致生长的晶体成份不均匀，影响晶体质量；最后，由于一些氧化物晶体生长缺陷很大程度上取决于晶体中的氧空位，如硅酸钇镥晶体，如果氧气分布不均匀或者缺氧环境，会增加晶体氧空位，严重影响晶体的光学性能。在通过焰熔法，使用两管燃烧器生长晶体时，获得的晶体往往缺陷较为明显，物相分布、粒度的不均匀，有明显裂纹，形成晶体尺寸都比较小，如生长的金红石晶体尺寸长度为10mm，直接为6mm左右，同时晶体存在氧空位较为严重，需要进行很好的高温有氧退火处理。
技术实现思路
为解决现有技术中的不足，本技术提供一种焰熔法生长晶体的燃烧器。本技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种焰熔法生长晶体的燃烧器，包括：锥形送料口、中心管、氢气入口、外部氧气入口、氢气环形管道、外部氧气环形管道、晶体生长室以及晶体生长基座，所述锥形送料口与中心管连接，粉体和氧气从锥形送料口送入中心管，所述中心管外同轴设置氢气环形管道，氢气环形管道通过与其连接的氢气入口充入氢气，氢气环形管道外同轴设置外部氧气环形管道，外部氧气环形管道通过与其连接的外部氧气入口充入氧气，所述中心管、氢气环形管道、外部氧气环形管道均与所述晶体生长室相连通，生长室内设置晶体生长基座。进一步，所述中心管下方为漏斗形结构，氢气环形管道下方与所述中心管下方的漏斗形结构配合形成一环形的氢气存储空间。进一步，所述中心管的出口设置中心管喷嘴，氢气环形管道的出口设置氢气环形管道喷嘴，外部氧气环形管道的出口设置外部氧气环形管道喷嘴，中心管喷嘴、氢气环形管道喷嘴、外部氧气环形管道喷嘴汇合在同一平面内。进一步，所述氢气环形管道喷嘴包括n个直径相等的圆孔，n个圆孔的圆心相连形成氢气环形管道喷嘴分布圆，氢气环形管道喷嘴分布圆直径Dn1为7.2mm-18mm，氢气环形管道喷嘴分布圆上的圆孔直径D1为0.5mm-4.5mm；所述外部氧气环形管道喷嘴包括n个直径相等的圆孔，n个圆孔的圆心相连形成外部氧气环形管道喷嘴分布圆，外部氧气环形管道喷嘴分布圆直径Dn2为18mm-45mm，氢气环形管道喷嘴分布圆上的圆孔直径D2为0.5mm-5.0mm；所述Dn1与Dn2的尺寸之间满足：Dn2与Dn1之间差值即Dn2-Dn1＝(1.5～2.5)xDn1。进一步，所述中心管喷嘴为一圆形孔，中心管喷嘴直径D0大小根据待制备晶体不同而确定。进一步，所述中心管的内径d1为6mm-10mm。进一步，所述氢气环形管道的内径d2为14mm-22mm，氢气环形管道的外径d3为23mm-36mm。进一步，所述外部氧气环形管道的内径d5为28mm-38mm，外部氧气环形管道的外径d6为36mm-43mm。进一步，所述氢气入口与氧气入口之间的距离为50mm-100mm，以保证氢气入口、氧气入口与各自相应的管路连接方便操作。本技术的有益效果：本技术燃烧器在燃烧器腔体内增加一个环路对氧气进行分流，一方面能够大幅度减少径向和轴向的压力分布，以及径向温度梯度，另一方面能够使氧气径向分布更加均匀，减少晶体氧空位。通过本技术三管燃烧器，能够大幅提高晶体生长的尺寸和均匀性，提高晶体质量。本技术燃烧器由内而外的三个形管道提供燃烧气体，提高晶体生长环境的温度、压力分布的均匀性，保证融冒附近形成有氧的氛围，能够有效提高焰熔法生长晶体的质量。本技术中心管、氢气环形管道、外部氧气环形管道需要满足本技术给出的各个直径的取值范围内，按照所生长的目标晶体的品种和尺寸不同，选取相应的数值，使得各个空间内的相应气体处于层流状态，并在圆周方向具有相等的压力分布。本技术进一步限定中心管空间尺寸、氢气环形管道空间尺寸、外部氧气环形管道空间尺寸，保证燃烧器内的径向温度梯度，使氧气径向分布更加均匀，本技术限定了燃烧器喷嘴的分布和尺寸解决了晶体阔肩生长困难，不易长成大尺寸晶体的技术问题，也进一步保证了氢气和氧气流动方向和流速，确保晶体生长室内形成有氧的氛围，解决晶体氧空位问题。本技术燃烧器生长的金红石单晶体尺寸长度为35mm，直接为23mm，同时其均匀性得到较大提升。附图说明图1是本技术燃烧器的结构示意图。其中，1、锥形送料口，2、晶体生长室，3、氢气入口，4、外部氧气入口，5、晶体生长基座，6、氢气环形管道，7、外部氧气环形管道，8、氢气存储空间，9、漏斗形结构。d1—中心管的内径，d2—氢气环形管道的内径，d3—氢气环形管道的外径、d4—燃烧器外壁直径、d5—外部氧气环形管道的内径、d6—外部氧气环形管道的外径、D0—中心管喷嘴直径、D1—氢气环形管道喷嘴分布圆上的圆孔直径、D2—氢气环形管道喷嘴分布圆上的圆孔直径、Dn1—氢气环形管道喷嘴分布圆、Dn2—外部氧气环形管道喷嘴分布圆。具体实施方式为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。实施例1，一种焰熔法生长晶体的燃烧器，参见图1，本实施例中燃烧器位于三段圆锥台型结构中部，整体呈圆柱形结构，包括：锥形送料口1、中心管、氢气入口3、外部氧气入口4、氢气环形管道6、外部氧气环形管道7、晶体生长室2以及晶体生长基座5，所述锥形送料口1与中心管连接，粉体和氧气从锥形送料口1送入中心管，所述中心管外设置氢气环形管道6，氢气环形管道6通过与其连接的氢气入口3充入氢气，氢气环形管道6外设置外部氧气环形管道7，外部氧气环形管道7通过其连接的外部氧气入口4充入氧气，所述中心管、氢气环形管道6、外部氧气环形管道7的末端均与所述晶体生长室2相连通，生长室内设置晶体生长基座5。所述晶体生长基座5置于中心管喷嘴正下方。工作时所述中心管内通入的氧气、氢气环形管道6内通入的氢气、外部氧气环形管道7通入的氧气在喷嘴汇合处混合燃烧形成粉体烧结所需要的高温和气氛，粉体融化后落到中心管喷嘴正下方的晶体生长基座5上形成融帽生长晶体。氢气入口3设置在氧气入口上方具有一定的距离:之所以氢气入口3设置在氧气入口上方，是因为氢气在燃烧器内的环形通道位于外部氧气环形管道本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种焰熔法生长晶体的燃烧器，其特征在于，包括：锥形送料口、中心管、氢气入口、外部氧气入口、氢气环形管道、外部氧气环形管道、晶体生长室以及晶体生长基座，所述锥形送料口与中心管连接，粉体和氧气从锥形送料口送入中心管，所述中心管外同轴设置氢气环形管道，氢气环形管道通过与其连接的氢气入口充入氢气，氢气环形管道外同轴设置外部氧气环形管道，外部氧气环形管道通过与其连接的外部氧气入口充入氧气，所述中心管、氢气环形管道、外部氧气环形管道均与所述晶体生长室相连通，生长室内设置晶体生长基座。

【技术特征摘要】
1.一种焰熔法生长晶体的燃烧器，其特征在于，包括：锥形送料口、中心管、氢气入口、外部氧气入口、氢气环形管道、外部氧气环形管道、晶体生长室以及晶体生长基座，所述锥形送料口与中心管连接，粉体和氧气从锥形送料口送入中心管，所述中心管外同轴设置氢气环形管道，氢气环形管道通过与其连接的氢气入口充入氢气，氢气环形管道外同轴设置外部氧气环形管道，外部氧气环形管道通过与其连接的外部氧气入口充入氧气，所述中心管、氢气环形管道、外部氧气环形管道均与所述晶体生长室相连通，生长室内设置晶体生长基座。2.根据权利要求1所述燃烧器，其特征在于，所述中心管下方为漏斗形结构，氢气环形管道下方与所述中心管下方的漏斗形结构配合形成一环形的氢气存储空间。3.根据权利要求2所述燃烧器，其特征在于，所述中心管的出口设置中心管喷嘴，氢气环形管道的出口设置氢气环形管道喷嘴，外部氧气环形管道的出口设置外部氧气环形管道喷嘴，中心管喷嘴、氢气环形管道喷嘴、外部氧气环形管道喷嘴汇合在同一平面内。4.根据权利要求3所述燃烧器，其特征在于，所述氢气环形管道喷嘴包括n个直径相等的圆孔，n个圆孔的圆心相连形成氢气环形管道喷嘴分布圆，氢气环形管道喷嘴分布圆直径Dn1为7.2...

【专利技术属性】
技术研发人员：周文平，毕孝国，刘旭东，蔡云平，唐坚，孙旭东，
申请(专利权)人：沈阳工程学院，
类型：新型
国别省市：辽宁,21