一种垂直区熔合成热电材料的装置的制作方法

本实用新型涉及热电材料加工领域，尤其涉及一种垂直区熔合成热电材料的装置。

背景技术：

温差电(te)现象也称热电现象。1822年，thomasseebeck发现温差电动势效应(te材料发电原理)；1834年，jeanpeltier发现电流回路中两不同材料半导体结界面处的降温效应(te材料制冷处理)。20世纪50年代发现一些良好的半导体te材料。通常把zt≥0.5的材料称为te材料。

热电材料常用的为碲化铋基材料，商业化程度较高，目前常用的碲化铋基材料主要通过区熔法、热压法、sps烧结等制备方法来制备。其中热压法和sps烧结制备方式简单便捷，可提高材料力学强度，具有较好的加工性能，但在制备过程中，材料需在一定的压力的诱导作用下产生一定的取向性，故对于烧结压力的控制来决定材料的最终性能，且此类制备方法存在的不足之处是设备价格昂贵，相对产量少，难以产业化。区熔法可制备出强取向性的碲化铋基热电材料，其热电性能最佳，但其加工性能稍差，可实现产业化。

区熔法为目前常用的热电材料制备方法，目前所用的垂直区熔合成热电材料的装置存在如下问题：

(1)温区径向均匀性不好，很难合成直径大于30mm的优质晶棒；

(2)竖直方向温度精度控制偏差太大；

(3)加热体提升速度控制范围偏小，复位过程时间偏长。

为此，本实用新型提供了一种新的垂直区熔合成热电材料的装置，用以解决现有的技术问题。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的问题，本实用新型提供了一种垂直区熔合成热电材料的装置，可解决现有传统装置中所出现驱动、加热、振动操作无法集中精确化控制影响生产效率等问题，所述技术方案如下：

本实用新型提供一种垂直区熔合成热电材料的装置，其包括炉体、振动器、加热体提升装置、plc控制装置、第一限位部和第二限位部；所述炉体内设有加热体、圆环反射弧装置和保温隔热层，所述加热体为环状结构，所述圆环反射弧装置设置在所述加热体外侧，所述加热体与所述圆环反射弧装置之间以及所述圆环反射弧装置与所述炉体外壳之间均由所述保温隔热层填充；

石英管从上往下依次穿过第一限位部、加热体的中心孔和第二限位部，第一限位部和第二限位部均用于对石英管进行限位；所述振动器用于对石英管进行振动；

所述plc控制装置能控制所述加热体开启、关闭或调节加热功率，以及控制加热体提升装置和振动器开启或停止工作；

在所述加热体提升装置的驱动下，所述炉体沿着石英管的管长方向上下移动。

进一步地，所述加热体提升装置包括驱动装置和丝杆，所述丝杆上设有能固定所述炉体的平台。

进一步地，所述驱动装置包括步进电机和减速机。

进一步地，所述第一限位部设有若干被石英管穿过的上位限位孔，所述第二限位部设有若干与所述上位限位孔一一对应的被石英管穿过的下位限位孔，所述上位限位孔和所述下位限位孔分别对石英管的上部和下部进行限位。

进一步地，所述上位限位孔和所述下位限位孔均设有供石英管在振动器作用下振动的运动空间，所述石英管内真空封装有原材料。

进一步地，所述振动器固定在所述第二限位部上。

进一步地，所述振动器为变频振动器，其频率调节范围为0-200hz。

进一步地，所述炉体外壳为不锈钢制成的圆柱体。

进一步地，所述加热体、所述圆环反射弧装置、所述保温隔热层与所述炉体外壳的高度一致。

进一步地，所述保温隔热层被圆环反射弧装置分隔为内保温隔热层和外保温隔热层。

本实用新型提供的技术方案带来的有益效果如下：

a.操作简单化，可控化；

b.温区径向温度一致性高，竖直方向有效温区偏差降低；

c.提升速度与高度精确控制，复位过程时间大幅度降低；

d.合成过程中各参数的调节由plc控制装置智能集中控制，过程参数自动记录，便于查询和调用；

e.通过合成参数的优化选择和精度控制，可获得更高品质的热电材料，同时增加产量，降低成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例提供的垂直区熔合成热电材料的装置结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的炉体垂直截面示意图。

其中，附图标记包括：11-驱动装置，12-第一限位部，13-石英管，14-丝杆，15-炉体，16-第二限位部，17-振动器，18-加热体提升装置，19-平台，21-加热体，22-保温隔热层，23-圆环反射弧装置。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。

在本实用新型的一个实施例中，提供了一种垂直区熔合成热电材料的装置，具体结构参见图1，其包括炉体15、振动器17、加热体提升装置18、plc控制装置、第一限位部12和第二限位部16；所述加热体提升装置18包括驱动装置11和丝杆14，所述丝杆14上设有能固定所述炉体15的平台19，所述驱动装置11包括步进电机和减速机。

在本实施例中，所述石英管13内真空封装有原材料，石英管13从上往下依次穿过第一限位部12、加热体21的中心孔和第二限位部16；所述第一限位部12设有若干(比如8个)被石英管13穿过的上位限位孔，所述第二限位部16设有若干(比如8个)与所述上位限位孔一一对应的被石英管13穿过的下位限位孔，所述上位限位孔和所述下位限位孔分别对石英管13的上部和下部进行限位，所述上位限位孔和所述下位限位孔均设有供石英管13在振动器17作用下振动的运动空间；所述振动器17用于对石英管13进行振动；所述振动器17固定在所述第二限位部16上，所述振动器17优选为变频振动器，其频率调节范围为0-200hz。

在本实施例中，具体结构参见图2，所述炉体15内设有加热体21、圆环反射弧装置23和保温隔热层22；所述加热体21为环状结构，其内径优选为40mm；所述圆环反射弧装置23设置在所述加热体21外侧，所述加热体21与所述圆环反射弧装置23之间以及所述圆环反射弧装置23与所述炉体15外壳之间均由所述保温隔热层22填充；所述炉体15外壳为不锈钢制成的圆柱体，其外径优选为200mm，所述加热体21、所述圆环反射弧装置23、所述保温隔热层22与所述炉体15外壳的高度一致，高度均为148mm；所述保温隔热层22被圆环反射弧装置23分隔为内保温隔热层和外保温隔热层，其总厚度为75mm。

在本实施例中，所述plc控制装置能控制所述加热体21开启、关闭或调节加热功率，以及控制加热体提升装置18和振动器17开启或停止工作；在所述加热体提升装置18的驱动下，所述炉体15沿着石英管13的管长方向上下移动。

本实用新型提供的装置使用步骤如下：

第一步，将多根(比如8根)已装好热电材料及真空封管后的石英管13穿过多个(比如8个)相应炉体15，并通过第一限位部12和第二限位部16固定在本实用新型装置内部。

第二步，将炉体15移动至石英管13底部，并启动加热体21，使其按照已在plc控制装置中编好输入的加温曲线对热电材料进行加温。

第三步，观察石英管13中热电材料随温度的变化，等到炉体15内温度达到了设定温度，如在680℃-720℃之间，启动变频振动器17，变频振动器17可由plc控制装置集中管控；

具体地，变频振动器17将通过第二限位部16使得石英管能在上部限位孔、加热体21中心孔和下部限位孔内振动，该操作主要是用来调节生产过程中熔体的质量传输和热传递，从而控制材料生长过程中的均匀性和生长纹结构。

第四步，启动加热体提升装置18，使得加热体21沿着石英管13的管长方向上下移动，直至所述石英管13内顶部材料经过区熔定向凝固后停止所述加热体21工作；

具体地，所述加热体提升装置18由plc控制装置来调节其上下移动速度，上下移动的速度范围为0-68mm/min，且连续可调。

第五步，等待材料冷却至室温后，取出石英管13，利用加热体提升装置18将加热体21快速复位，即完成一次制备。

本实用新型提供的装置能够使生产操作简单化，可控化，能一次对多根含有材料的石英管进行加工，合成过程中各参数的调节由plc控制装置智能集中控制，过程参数自动记录，可获得更高品质的热电材料。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。