本發(fā)明屬于超高壓容器設(shè)備設(shè)計(jì)、制造領(lǐng)域，特別涉及一種用于生產(chǎn)氮化鎵晶體的超高壓容器。

背景技術(shù)：

氮化鎵是第三代半導(dǎo)體材料，它在電和光的轉(zhuǎn)化方面性能突出，在微波信號傳輸方面的效率更高，所以可以被廣泛應(yīng)用到照明、顯示、通訊等各大領(lǐng)域。但其形成的條件比較苛刻，在自然界中要2000℃，近萬個大氣壓。

眾所周知，晶體的生長需要高溫、高壓的環(huán)境，如鉆石、紅寶石、水晶等晶體都是在地殼運(yùn)動時(shí)地殼與地殼之間相互碰撞、擠壓產(chǎn)生的高溫高壓的特殊環(huán)境中生長的，氮化鎵晶體的生長需要的條件與此類似，需要2000℃，近萬個大氣壓。而目前生產(chǎn)氮化鎵晶體的主要方式是在常溫、常壓下以其他晶體（如藍(lán)寶石等晶體）為基底，在電子梀的照射（輻射）下生產(chǎn)晶體。由于溫度和壓力嚴(yán)重不足，導(dǎo)致了晶體在生長過程中晶體分子之間的連接與重組不能有效結(jié)合，故采用這種方法制成的氮化鎵晶體晶格缺陷多,每平方厘米約有個左右晶格缺陷，且生長速度慢。本發(fā)明型專利是一種采用近似模擬晶體在自然環(huán)境中生長的方式來進(jìn)行氮化鎵晶體的生產(chǎn)，即高溫（600℃）、高壓（300MPa）和強(qiáng)堿性環(huán)境下，其特點(diǎn)是晶體生長速度快，晶格缺陷少，每平方厘米晶格缺陷個左右。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的制得的氮化鎵晶體晶格缺陷多的缺點(diǎn)而提供一種生長速度快、晶格缺陷少的用于生產(chǎn)氮化鎵晶體的超高壓容器。

本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種用于生產(chǎn)氮化鎵晶體的超高壓容器，它包括筒體、上部結(jié)構(gòu)及下部結(jié)構(gòu)，所述筒體外部設(shè)置有加熱帶及保溫層；所述下部結(jié)構(gòu)包括置于筒體上端內(nèi)部的下密封塞及通過鋸齒形螺紋與筒體相連接的下螺紋壓環(huán)；所述上部結(jié)構(gòu)包括置于筒體上端內(nèi)部的上密封塞及通過鋸齒形螺紋與筒體相連接的上螺紋壓環(huán)；所述上密封塞通過螺紋連接散熱管，所述散熱管上部連接加氨裝置，加氨裝置預(yù)留有兩個自由接孔：a孔和b孔，其中a孔為液氨或氨氣進(jìn)口，通過液氨泵和電磁三通閥組將液氨或氨氣注入筒體內(nèi)部，b孔測壓或測溫孔；所述下密封塞、下螺紋壓環(huán)、筒體、上密封塞、上螺紋壓環(huán)及散熱管均采用高溫合金材料制造；所述筒體內(nèi)徑為30mm--250mm，工作條件為300MPa壓力、600℃°且氨氣為介質(zhì)。

下密封塞置于筒體內(nèi)部，在下密封塞上套有密封環(huán)與壓環(huán)，下螺紋壓環(huán)通過鋸齒形螺紋與筒體相連，并伸入到筒體內(nèi)部，通過旋合下螺紋壓環(huán)壓緊壓環(huán)與密封環(huán)，從而達(dá)到密封底部。

上密封塞置于筒體內(nèi)部，在上密封塞上套有密封環(huán)與壓環(huán)，上螺紋壓環(huán)通過鋸齒形螺紋與筒體相連，并伸入筒體內(nèi)部，通過旋合上螺紋壓環(huán)壓緊密封環(huán)與壓環(huán)，從而達(dá)到密封上部，上、下密封塞之間形成了容器內(nèi)腔。

4、根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的一種用于生產(chǎn)氮化鎵晶體的超高壓容器，其特征在于：加氨裝置向容器內(nèi)填充液氨或氨氣時(shí)為低壓、常溫過程，采用“O”型圈進(jìn)行密封，完成填充后旋合閥芯，加氨裝置與閥芯之間形成金屬硬密封，而且關(guān)閉了進(jìn)氨孔a孔，滿足了300MPa、600℃的使用要求；加氨裝置采用高溫合金材料制造，閥芯采用不銹鋼制造。

所述上密封塞與散熱管之間通過螺紋連接，兩者之間采用球墊密封。

所述散熱管與所述加氨裝置之間采用球墊密封。

本發(fā)明的技術(shù)方案產(chǎn)生的積極效果如下：

一、采用高溫合金制造超超高壓容器是在該領(lǐng)域的一個探索，為以后類似的設(shè)備做了開拓性的探索。

二、因?yàn)榈壘w的生長條件極為苛刻，2000℃，近萬個大氣壓，大多數(shù)金屬在此溫度下都難以保證正常的力學(xué)性能。而本發(fā)明的超高壓容器可在600℃，300MPa（通過加氨裝置給筒體內(nèi)部加一定量的液氨或氣體氨，然后給外部的加熱帶通電，使得筒體升溫至600℃，通過筒體將熱能傳遞給容器內(nèi)部的介質(zhì)氨，液氨或氨氣受熱后膨脹，從而產(chǎn)生300MPa（相當(dāng)于3000個大氣壓）的壓力）的情況下可持續(xù)、穩(wěn)定工作，為氮化鎵晶體的生長提供了近似于自然環(huán)境的生長條件，因此比起在常溫、常壓的環(huán)境中晶體的生長速度和質(zhì)量都得到了大幅度的提高。

三、本發(fā)明中容器頂部的加氨裝置實(shí)現(xiàn)O型密封和金屬密封（即軟密封和硬密封）的轉(zhuǎn)換，且結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，該裝置的發(fā)明可實(shí)現(xiàn)氮化鎵晶體的規(guī)模化生產(chǎn)。

另外：筒體內(nèi)徑為30mm--250mm，容器可滿足在300MPa壓力，600℃°，氨氣為介質(zhì)的情況下工作，其密封安全可靠；下密封塞、下螺紋壓環(huán)、筒體、上密封塞、上螺紋壓環(huán)及散熱管均采用高溫合金材料制造，不但耐堿腐蝕而且有較好的耐高溫持久性，而一般的超高壓容器則采用的是中、低合金鋼制造這些部件；加氨裝置可完成該設(shè)備填充液氨或氨氣和正常工作的需要，實(shí)現(xiàn)了軟密封（低壓，常溫）和硬密封（高溫、超高壓）的轉(zhuǎn)換，且結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，便于操作。

附圖說明

圖1為本發(fā)明用于生產(chǎn)氮化鎵晶體的超高壓裝置的裝配示意圖。

圖2為本發(fā)明加氨裝置的裝配示意圖。

圖中標(biāo)注為：1、下密封塞；2、下螺紋壓環(huán)；3、壓環(huán)；4、密封環(huán)；5、筒體；6、支座；7、加熱帶；8、保溫層；9、上密封塞；10、上螺紋壓環(huán)；11、球墊；12、散熱管；13、加氨裝置；14、閥芯；15、O型圈；16、流量計(jì)；17、電磁三通閥；18、液氨泵；19、真空泵；20、液氨箱；21、溫度控制顯示臺；a、氨氣進(jìn)氣孔；b、測壓孔。

具體實(shí)施方式

一種用于生產(chǎn)氮化鎵晶體的超高容器，如圖1、2所示，包括筒體、上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)，所述筒體外部設(shè)置有加熱帶及保溫層。所述超高壓容器包括下密封塞1、下螺紋壓環(huán)2、壓環(huán)3、密封環(huán)4、筒體5，支座6、加熱帶7、保溫層8、上密封塞9、上螺紋壓10、球墊11、散熱管12、加氨裝置13、閥芯14、O型圈15、流量計(jì)16、電磁三通閥17、液氨泵18、真空泵19、液氨灌20及溫度控制顯示臺21。其下部結(jié)構(gòu)為，下密封塞1置于筒體內(nèi)5部，密封環(huán)4與壓環(huán)3套在下密封塞上1，下螺紋壓環(huán)2通過鋸齒形螺紋與筒體5相連，并伸入到筒體5內(nèi)部，通過旋合下螺紋壓環(huán)2壓緊壓環(huán)3與密封環(huán)4，從而達(dá)到密封底部。支座6置于筒體5內(nèi)部用來放置生產(chǎn)氮化鎵晶體用的原材料。筒體5外部設(shè)置有加熱帶7及保溫層8，通過外部的溫控系統(tǒng)來控制溫度的升降。上部結(jié)構(gòu)為，上密封塞9置于筒體內(nèi)部5，密封環(huán)4與壓環(huán)3套在上密封塞9上，上螺紋壓環(huán)10通過鋸齒形螺紋與筒體5相連，并伸入筒體5內(nèi)部，通過旋合上螺紋壓環(huán)10壓緊密封環(huán)4與壓環(huán)3，從而達(dá)到密封上部的，上、下密封塞之間形成了容器內(nèi)腔。

上密封塞9與散熱管12之間通過螺紋連接，兩者之間采用球墊11密封。散熱管12上部連接的是加氨裝置13，兩者通過螺紋連接，采用球墊密封。加氨裝置13預(yù)留有兩個自由接孔，a孔和b孔，其中a孔為液氨或氨氣進(jìn)口，通過液氨泵18和電磁三通閥17組將液氨或氨氣注入筒體5內(nèi)部。b孔溫測壓或測溫孔，本示例圖中b孔為壓力傳感器接口，通過該接口可以在控制、顯示臺上直觀的反應(yīng)出筒體5內(nèi)部的壓力或溫度。

在支座上掛好氮化鎵晶體生長用的礦石，并置于筒體內(nèi)部，按說明書附圖（圖1裝配圖）組裝好容器。接好管路、電路、泵及閥。具體生產(chǎn)使用步驟如下：

步驟1、將加氨裝置13的閥芯14旋擰至如圖所示位置；

步驟2、啟動電磁三通閥17接通左位置；

步驟3、啟動真空泵19對筒體5內(nèi)進(jìn)行抽真空；

步驟4、關(guān)閉真空泵19啟動電磁三通閥17接通右位置；

步驟5、啟動液氨泵18從液氨灌20中向容器筒體5內(nèi)注入反應(yīng)介質(zhì)氨氣；

步驟6、關(guān)閉液氨泵18啟動動電磁電磁三通閥17接通中間位置，斷開加氨管路；

步驟7、將加氨裝置13的閥芯14旋擰至下位置，使得閥體的錐面與閥芯的密封面壓緊，轉(zhuǎn)換至硬密封狀態(tài)；

步驟8、操作溫度控制顯示臺21對設(shè)備進(jìn)行升溫、保溫、降溫、升壓、保壓及降壓操作和監(jiān)控，完成氮化鎵晶體的生產(chǎn)。