如何改進藍寶石長晶爐加熱體沉積變粗的問題

【中鎢在線新聞網-鎢新聞】

長晶爐加熱體經使用5～6爐后長晶后，鎢、鉬、不銹鋼金屬及藍寶石中的微量金屬雜質等在2500℃高溫環境下升華在加熱體的鎢桿上逐步沉積，致使加熱體鎢桿直徑逐漸變粗。目前使用的Φ7.3直徑加熱體鎢桿除上部112mm內沒有明顯沉積外，其余部分基本全部變粗，且越向下沉積越嚴重，最底部沉積后的鎢桿直徑已達10mm以上。

加熱體鎢桿直徑增粗后會對藍寶石長晶產生一定的不良影響。根據歐姆電阻定律(R=ρ*L/S),電阻與材料的截面積成反比，故加熱體鎢桿直徑變粗后電阻減小。根據電能熱量定律(Q=0.24P*t=0.24U*I*t=0.24I%²*R*t=0.24*U²/R*t)當電阻減小時在電流不變時發熱功率與電阻成正比，在電壓不變時發熱功率與電阻成反比。

設原加熱體(未使用的加熱體)電阻為R1，電壓為U1，電流為I1，發熱量為Q1；使用5～6爐后的加熱體電阻為R2，電壓為U2，電流為I2，發熱量為Q2。

為保持長晶爐加熱體發熱功率及熱場不變，故加熱體鎢桿增粗(電阻減小)后的Q2應等于Q1，根據Q=0.24P*t=0.24U*I*t=0.24I²*R*t=0.24*U²/R *t，得：

若 Q2=Q1

則 0.24I2²R2*t=0.24I11²R1t

I2²R2=I1²R1

I2= (R1/R2)*I1

經調查得知：原加熱體阻值約為1.2Ω，增粗后阻值約為0.9Ω。

即 I2= (1.2/0.9)*I1=1.15I1

或 0.24*U2²/R2*t=0.24*U1²/R1*t

則 U2²/R2 = U1²/R1

U2= (R2/R1)*U1= (0.9/1.2)*U1=0.866U1

分析結論：根據歐姆定律和電能熱量定律，由于加熱體沉積金屬離子后直徑增粗，電阻減小肯定對長晶熱場產生了一定的不良影響，為保持和原設計熱量和熱場基本不變，應參照以上分析降低操作電壓即升高操作電流。

改進措施：

一、增加長晶爐變壓器功率檔位，適當增大長晶爐變壓器的操作功率(電壓、電流)調節范圍，調整歐陸表程序及電源柜設計，以滿足加熱體鎢桿直徑變化的操作需要。

二、各長晶爐可使用不同功率調節范圍的變壓器，以對應不同使用爐次(即加熱體鎢桿直徑變化)的需要，使用前務必測量加熱體的阻值，以對應不同長晶爐變壓器的功率范圍。

三、及時更換部分加熱體變粗的鎢桿，可逐次間隔更新加熱體鎢桿。更換及修復加熱體時，務必注意彎曲新鎢桿加工尺寸和焊接質量。保證加熱體鎢桿均勻，使加熱體阻值滿足藍寶石長晶需要。

這可能是藍寶石長晶熱場一個重要的問題，可能會對生產藍寶石晶體帶來好處，并會提高加熱體使用爐次，降低藍寶石長晶生產成本。以上思考及改進如有不當之處請諒解。

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