晶体生长用提拉铱杆的制作方法

本实用新型涉及一种激光晶体生产设备，特别是涉及一种晶体生长用提拉铱杆。

背景技术：

提拉法又称丘克拉斯基法，是丘克拉斯基（J.Czochralski）在1917年发明的从熔体中提拉生长高质量单晶的方法。这种方法能够生长无色蓝宝石、红宝石、钇铝榴石、钆镓榴石、变石和尖晶石等重要的宝石晶体。

提拉法的基本原理：提拉法是将构成晶体的原料放在坩埚中加热熔化，在熔体表面接籽晶提拉熔体，在受控条件下，使籽晶和熔体在交界面上不断进行原子或分子的重新排列，随降温逐渐凝固而生长出单晶体。提拉法的生长工艺首先将待生长的晶体的原料放在耐高温的坩埚中加热熔化，调整炉内温度场，使熔体上部处于过冷状态；然后在籽晶夹头上安放一粒籽晶，让籽晶接触熔体表面，待籽晶表面稍熔后，提拉并转动铱杆，使熔体处于过冷状态而结晶于籽晶上，在不断提拉和旋转过程中，生长出圆柱状晶体。

公司主要产品为感应炉Nd:YAG晶体，晶体采用提拉法生长，晶体生长过程中，通过铱杆连接旋转、提拉装置和籽晶夹头。铱杆具有耐高温，不易变形等优点，是生产中不可或缺的配件。然而现有技术中的铱杆都采用实心杆结构，单根重量大约240-260g，铱金作为稀有贵重金属，价格高昂，是感应炉生长设备中价值比重最大的部分。从2010 年开始，铱金价格开始快速上涨，如何在生长过程中节约铱金的使用是公司必需要解决的问题，也是降低生产成本的关键。另外，传统铱杆和籽晶夹头间仅靠插销连接，在实际安装时由于插销比较小，安装起来比较困难，同时由于晶体生长时籽晶夹头有向下拉的重力，单纯的插销连接方式稳定性达不到要求，一旦在晶体生长过程中出现插销滑落等意外事故，整个晶体生长必须停止，还需要换料、换埚，造成极大的经济损失。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种旋转提拉平稳的、籽晶夹头与铱杆的连接稳固的、低成本的晶体生长用提拉铱杆。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：晶体生长用提拉铱杆，包括铱杆本体、籽晶夹头、不锈钢套管、基座、铱杆旋转驱动机构和铱杆提拉驱动机构；

所述的铱杆旋转驱动机构包括轴承、旋杆和与旋杆相配合的旋转驱动电机，铱杆本体的顶部通过不锈钢套管固定安装在旋杆的下方，旋杆通过轴承安装在基座上，籽晶夹头安装于铱杆本体的底部；

所述的铱杆提拉驱动机构包括气缸、第一导轨和第二导轨，气缸的缸体固定安装在感应炉炉体上，基座固定安装在气缸的活塞杆上，所述的基座上设置有与第一导轨相配合的第一导槽、与第二导轨相配合的第二导槽，气缸驱动基座沿第一导轨和第二导轨的方向完成上下提拉。

所述的铱杆本体为中空结构。

所述的籽晶夹头为耐高温钼夹头。

所述的籽晶夹头由一体成型的安装部和夹头部组成，安装部的外表面设有外螺纹，该外螺纹与铱杆本体底部内壁设置的内螺纹相匹配，安装部通过螺纹与铱杆本体相连。

所述的籽晶夹头还通过加固插销与铱杆本体连接，所述的安装部上设有贯穿左右两侧的与加固插销相配合的插孔。

所述的不锈钢套管内壁上设有通水冷却层。

本实用新型的有益效果是：

1）铱杆的提拉由气缸驱动，且在提拉方向上设置有两根相互平行的导轨，铱杆的上下提拉过程十分平稳，大大提高了成品率。

2）铱杆采用中空结构，每只铱杆的重量大概在150-160g左右，节约铱粉100g/只，以市场价170元/g计算，每只铱杆可节约成本17000元，大大降低了生产成本。

3）籽晶夹头与铱杆之间采用螺纹、插销“双保险”的连接方式，首先通过螺纹将籽晶夹头的安装部旋紧在铱杆内，再通过加固插销锁死，通过“双保险”的稳固连接方式使得固定后整个铱杆的平衡性更好，使用更安全，且装卸方便。

4）对于耐高温要求不高的部分，采用不锈钢套管连接铱杆本体，很大程度上缩小了铱杆的尺寸，节约了铱金使用成本。同时，不锈钢套管内壁上设有通水冷却层，提高了冷却和生产效率。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图；

图2为本实用新型基座结构示意图；

图3为图1的局部放大图；

图4为本实用新型籽晶夹头的结构示意图；

图中，1-铱杆本体，2-籽晶夹头，2.1-安装部，2.2-夹头部，3-基座，4-轴承，5-旋转驱动电机，6-旋杆，7-第一导轨，8-第二导轨，9-缸体，10-感应炉炉体，11-活塞杆，12-第一导槽，13-第二导槽，14-加固插销，15-插孔，16-不锈钢套管。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本实用新型的技术方案，但本实用新型的保护范围不局限于以下所述。

如图1所示，晶体生长用提拉铱杆，包括铱杆本体1、籽晶夹头2、基座3、不锈钢套管16、铱杆旋转驱动机构和铱杆提拉驱动机构；所述的铱杆本体1采用中空结构，节约了铱金的使用，每只铱杆的重量大概在150-160g左右。所述的籽晶夹头2采用耐高温钼夹头，钼与钨相比，有更好的加工性能和更低的成本。钼及其合金经过轧、锻、拉拔加工，达到或接近理论密度，强度、塑性、韧性进一步提高，成型性能改善。钼夹头可加工螺纹，常用作高温炉构件、玻璃炉电极、电子管构件等。利用金属钼熔点高、高温强度好、低污染、机加工性能好的特性，钼夹头广泛运用于单晶炉设备生产中。

对于耐高温要求不高的部分，采用不锈钢套管16连接铱杆本体1，很大程度上缩小了铱杆的尺寸，节约了铱金使用成本。同时，不锈钢套管16内壁上设有通水冷却层，提高了冷却和生产效率。

所述的铱杆旋转驱动机构包括轴承4、旋杆6和与旋杆6相配合的旋转驱动电机5，铱杆本体1的顶部通过不锈钢套管16固定安装在旋杆6的下方，旋杆6通过轴承4安装在基座3上，籽晶夹头2安装于铱杆本体1的底部。在铱杆旋转驱动机构驱动铱杆做旋转运动时，旋杆6受旋转驱动电机5的驱动在轴承4的支撑作用下平稳旋转，从而带动不锈钢套管16和铱杆本体1旋转。

所述的铱杆提拉驱动机构包括气缸、第一导轨7和第二导轨8，气缸的缸体9固定安装在感应炉炉体10上，基座3固定安装在气缸的活塞杆11上，在铱杆提拉驱动机构驱动铱杆做上下提拉运动时，活塞杆11的伸缩带动基座3的上下移动，从而带动铱杆本体1提拉。

如图2所示，所述的基座3上设置有与第一导轨7相配合的第一导槽12、与第二导轨8相配合的第二导槽13，气缸驱动基座3沿第一导轨7和第二导轨8的方向完成上下提拉，在提拉方向上设置有两根相互平行的导轨，实现“双导轨”，铱杆的上下提拉过程十分平稳。

如图3所示，所述的籽晶夹头2由一体成型的安装部2.1和夹头部2.2组成，安装部2.1与夹头部2.2一体成型，结构更稳定，加工更方便。安装部2.1的外表面设有外螺纹，该外螺纹与铱杆本体1底部内壁设置的内螺纹相匹配，安装部2.1通过螺纹与铱杆本体1相连。

为了加固籽晶夹头2与铱杆本体1之间的连接，如图3和图4所示，所述的籽晶夹头2还通过加固插销14与铱杆本体1连接，所述的安装部2.1上设有贯穿左右两侧的与加固插销14相配合的插孔15。

本实用新型安装籽晶夹头2的过程如下：首先通过螺纹将籽晶夹头2的安装部2.1旋紧在铱杆本体1内，然后使用加固插销14贯穿插入插孔15以达到锁死目的。采用螺纹、插销“双保险”的稳固连接方式使得固定后整个铱杆的平衡性更好，使用更安全，且装卸方便。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当理解本实用新型并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本实用新型的精神和范围，则都应在本实用新型所附权利要求的保护范围内。