一种用于人工晶体炉的上轴升降装置的制作方法

本发明涉及人工晶体设备领域，尤其涉及一种用于人工晶体炉的上轴升降装置，具体涉及一种用于蓝宝石炉的上轴升降装置。

背景技术：

已知的，蓝宝石 (Sapphire) 是一种氧化铝 (αA1₂0₃) 的单晶，又称为刚玉。刚玉晶体具有优良的光学、电学和机械性能，其硬度仅次于钻石。具有机械强度高、高温化学性能稳定、导热性好、高绝缘性、小摩擦系数等特点。蓝宝石被广泛应用于半导体器件、光电子器件、激光器、真空器件、精密机械等。特别是含Ti⁴⁺蓝宝石，是优异的固体宽带调谐激光材料，可制作超强的飞秒量级可调谐激光器。高质量宝石晶体的人工合成是人们研究的重要领域。

人工制备蓝宝石晶体材料目前己有很多种方法，主要有:泡生法（Kyropolous ，简 称 Ky 法)、导模法(即 Edge Defined Film-fed Growth techniques ，简称 EFG 法)、热交换法(即 Heat Exchange Method，简称 HEM 沾)，提拉法（Czochralski )，布里奇曼法 CBridgman )，坩埚下降法等。以EFG法为例，制造方法大致如下：将氧化铝原料装入钨钼坩埚内，加热熔融，在坩埚内部放入特定的模具，模具开有适当宽度的孔或槽。由于氧化铝与模具之间具有浸润性，故在毛细作用下，溶液可爬升至模具顶端，并在模具顶部形成一层薄膜。

上轴升降装置的下端连接籽晶夹持器，籽晶夹持器的轴端连接装置与籽晶轴连接，籽晶固定于籽晶夹持器主体上，移动籽晶轴使籽晶夹持器下端的籽晶与模具上表面的氧化铝薄膜接触。籽晶通过籽晶轴以一定速度向上提拉、不断提升，待其脱离高温区域后，晶体即结晶形成固态晶体。借助毛细作用可实现持续供料，由此实现连续的晶体拉制。

由此可见，在蓝宝石单晶材料的制备过程中，上轴升降装置是重要的部件。在拉制晶体的过程中，上轴升降装置需要始终保持籽晶相对准确的位置，同时还需确保在晶体的拉制过程中速度稳定等。

上轴升降装置目前较常用的是双层水冷硬轴，在硬轴的下端安装籽晶夹持器，其运动原理是利用电机驱动滚珠丝杠，滚珠丝杠带动直线导轨副运动，硬轴通过固定装置与直线导轨副相连接，利用直线导轨副的上下运动实现硬轴的上下运动，进而实现晶体的拉制。在实际使用过程中，由于炉室内的温度较高，为了确保硬轴能正常工作，硬轴必须采用耐温高的原材料制作，同时对硬轴进行强制冷却（硬轴为双层水冷硬轴），以避免硬轴的损坏。另外为保证所拉制晶体的平整度、直线度等要求，对硬轴的直线度等机械要求程度相对也较高。同时随着晶体的拉制长度越来越长（目前硬轴的合适拉制晶体长度在600mm以下），在超过1米长度晶体的拉制过程中硬轴的加工难道会成几何倍的增加，同时其圆柱度及直线度根本无法保证晶体的拉制要求。另外随着晶体长度需求的增加，如果上轴为硬轴的话设备高度也需增加，进而要求厂房高度随之增加，此时会带来相关投入的增加等，因此，迫切需要设计一种新的上轴升降装置来满足生产需求。

技术实现要素：

为了克服背景技术中的不足，本发明公开了一种用于人工晶体炉的上轴升降装置，本发明通过用软轴替代硬轴，有效的避免了硬轴的加工难问题，同时还取消了对硬轴的水冷装置，有效的降低了设备的高度，避免了因硬轴的机械精度而引起的晶体外观质量问题，大大提升了晶体的良率等。

为了实现所述的发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于人工晶体炉的上轴升降装置，包括驱动电机、升降机构、减速机、安装板和支撑套，在所述安装板的下面设有至少两个支撑套，支撑套的下面设置在上炉室顶板上，在安装板的上面设有至少两套升降机构，每套升降机构中滚珠花键的滑动块连接卷轮，在所述卷轮外缘面的一端设有螺旋形软轴固定槽，在所述软轴固定槽内缠绕有软轴，所述软轴依次穿过安装板、支撑套和上炉室顶板连接籽晶夹头连接座，在卷轮外缘面的另一端设有外螺纹，所述外螺纹连接螺母，所述螺母固定设置在左端盖上，滚珠花键的一端通过联轴器A连接减速机的输出轴，所述减速机的输入轴通过联轴器B连接驱动电机。

所述的用于人工晶体炉的上轴升降装置，所述支撑套设置为三个，三个支撑套呈三角形设置。

所述的用于人工晶体炉的上轴升降装置，所述软轴与籽晶夹头连接座之间设有连接杆，在连接杆的上端设有隔热板。

所述的用于人工晶体炉的上轴升降装置，所述隔热板的上面设有复数个软轴固定柱，所述软轴固定柱连接软轴。

所述的用于人工晶体炉的上轴升降装置，所述升降机构包括卷轮、滚珠花键、壳体、右端盖、左端盖和螺母，在所述壳体的中部设有贯通至左右两端的中部孔，在壳体的下面设有贯通至中部孔的软轴穿孔，在壳体的左右两端分别设有左端盖和右端盖，在左端盖内侧的中部设有轴承A，所述轴承A的内圈连接滚珠花键端部的外缘面，在左端盖内侧的端部设有螺母，所述螺母的内缘面上设有内螺纹，滚珠花键中的滑动块上套接有卷轮，在卷轮左端的外缘面上设有外螺纹，所述外螺纹与螺母上设置的内螺纹丝接配合，在卷轮右端的外缘面上设有螺旋形软轴固定槽，在所述软轴固定槽内缠绕有软轴， 在右端盖内侧的中部设有轴承B，所述轴承B的内圈连接滚珠花键另一端的外缘面，滚珠花键的另一端穿过右端盖连接减速机的输出轴。

所述的用于人工晶体炉的上轴升降装置，所述右端盖的外侧设有磁流体。

所述的用于人工晶体炉的上轴升降装置，所述左端盖的外侧设有压盖。

所述的用于人工晶体炉的上轴升降装置，所述支撑套的上端设有向外延伸的圆柱形导向柱，所述导向柱穿过安装板与壳体上设置的软轴穿孔的内缘面连接，在导向柱的外缘面上设有复数个密封槽，在所述密封槽内分别设有密封环。

所述的用于人工晶体炉的上轴升降装置，所述壳体的上面设有贯通至中部孔的观察孔，在观察孔的上面设有上观察窗。

所述的用于人工晶体炉的上轴升降装置，所述减速机的输入轴通过联轴器B连接行星齿轮减速机，所述行星齿轮减速机连接驱动电机。

采用上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明所述的一种用于人工晶体炉的上轴升降装置，本发明通过用软轴替代传统的硬轴，有效的避免了硬轴的加工难问题，同时避免了因硬轴的机械精度而引起的晶体外观质量问题，大大提升了晶体的良率等，由于使用软轴，取消了对硬轴的水冷装置，由于使用软轴，有效的降低了设备的高度，大大降低了设备的投入成本等，本发明具有结构简单，使用方便等特点，适合大范围的推广和应用。

【附图说明】

图1是本发明的立体结构示意图；

图2是本发明中升降机构的结构示意图；

在图中：1、驱动电机；2、升降机构；2-1、上观察窗；2-2、卷轮；2-3、滚珠花键；2-4、壳体；2-5、右端盖；2-6、左端盖；2-7、压盖；2-8、螺母；3、连接座；4、联轴器A；5、减速机；6、安装板；7、上炉室顶板；8、软轴；9、软轴固定柱；10、隔热板；11、连接杆；12、籽晶夹头连接座；13、行星齿轮减速机；14、联轴器B；15、支撑套；16、磁流体。

【具体实施方式】

参考下面的实施例，可以更详细解释本发明，但是本发明并不限于这些实施例。

结合附图1～2，本发明所述的一种用于人工晶体炉的上轴升降装置，包括驱动电机1、升降机构2、减速机5、安装板6和支撑套15，在所述安装板6的下面设有至少两个支撑套15，所述支撑套15的外缘面为双层结构，在内外层之间设有导流板，在内外层之间通有冷却介质，在支撑套15外缘面的上端设有冷却介质出口，在支撑套15外缘面的下端设有冷却介质入口，需要说明的是冷却介质出口和冷却介质入口的位置可以对换，所述冷却介质可以为纯水或惰性气体，在具体实施过程中，优选纯水作为冷却介质；支撑套15的下面设置在上炉室顶板7上，此时为了提高密封性，在支撑套15的下面与上炉室顶板7之间设有密封环，在支撑套15的上面与安装板6之间设有密封环，在安装板6的上面设有至少两套升降机构2，在实施过程中升降机构2设置的数量与支撑套15设置的数量相对应，以设置三个为例，所述支撑套15设置为三个，三个支撑套15呈三角形设置，这样大大提高了升降的稳定性，有效的避免了在升降过程中籽晶夹头连接座12的摆动；进一步，每套升降机构2中滚珠花键2-3的滑动块连接卷轮2-2，在所述卷轮2-2外缘面的一端设有螺旋形软轴固定槽，在所述软轴固定槽内缠绕有软轴8，所述软轴8依次穿过安装板6、支撑套15和上炉室顶板7连接籽晶夹头连接座12，在卷轮2-2外缘面的另一端设有外螺纹，所述外螺纹连接螺母2-8，所述螺母2-8固定设置在左端盖2-6上，滚珠花键2-3的一端通过联轴器A4连接减速机5的输出轴，所述减速机5的输入轴通过联轴器B14连接驱动电机1，在具体实施过程中，滚珠花键2-3由驱动电机1提供的旋转力带动滚珠花键2-3旋转（需要是说明的是，滚珠花键2-3为标准件，故对其结构不做具体阐述），此时设置在滚珠花键2-3滑动块带动卷轮2-2旋转，卷轮2-2旋转时，由于卷轮2-2与螺母2-8丝接配合，螺母2-8是固定不动的，卷轮2-2必然跟着滚珠花键2-3的正转或反转实现卷轮2-2在旋转的同时做左右往复运动，当卷轮2-2在旋转的同时做左右往复运动时，缠绕在其外缘面上的软轴8做上升或下降的动作。

进一步，为了提高软轴8的使用寿命，避免炉室内的温度对软轴8造成损坏，在所述软轴8与籽晶夹头连接座12之间设有连接杆11，在连接杆11的上端设有隔热板10，所述隔热板10的上面设有复数个软轴固定柱9，所述软轴固定柱9连接软轴8，连接杆11与隔热板10之间通过焊接或丝接进行连接。

结合附图2，所述升降机构2包括上观察窗2-1、卷轮2-2、滚珠花键2-3、壳体2-4、右端盖2-5、左端盖2-6、压盖2-7和螺母2-8，在所述壳体2-4的中部设有贯通至左右两端的中部孔，在壳体2-4的下面设有贯通至中部孔的软轴穿孔，在壳体2-4的左右两端分别设有左端盖2-6和右端盖2-5，为了提高密封性能，在左端盖2-6与壳体2-4之间设有密封环，在右端盖2-5与壳体2-4之间设有密封环，在左端盖2-6内侧的中部设有轴承A，所述轴承A的内圈连接滚珠花键2-3端部的外缘面，所述左端盖2-6的外侧设有压盖2-7，在左端盖2-6内侧的端部设有螺母2-8，所述螺母2-8的内缘面上设有内螺纹，滚珠花键2-3中的滑动块上套接有卷轮2-2，在卷轮2-2左端的外缘面上设有外螺纹，所述外螺纹与螺母2-8上设置的内螺纹丝接配合，在卷轮2-2右端的外缘面上设有螺旋形软轴固定槽，在所述软轴固定槽内缠绕有软轴8， 在右端盖2-5内侧的中部设有轴承B，所述轴承B的内圈连接滚珠花键2-3另一端的外缘面，所述右端盖2-5的外侧设有磁流体16，这样大大提高了升降机构2的密封性，滚珠花键2-3的另一端穿过右端盖2-5连接减速机5的输出轴，所述壳体2-4的上面设有贯通至中部孔的观察孔，在观察孔的上面设有上观察窗2-1，在上观察窗2-1与壳体2-4之间设有密封环。

进一步，所述支撑套15的上端设有向外延伸的圆柱形导向柱，所述导向柱穿过安装板6与壳体2-4上设置的软轴穿孔的内缘面连接，在导向柱的外缘面上设有复数个密封槽，在所述密封槽内分别设有密封环。

进一步，所述减速机5的输入轴通过联轴器B14连接行星齿轮减速机13，行星齿轮减速机13通过连接座3与减速机5连接，行星齿轮减速机13的动力输入轴连接驱动电机1的主轴。

本发明在具体实施过程中隔热板10、连接杆11和籽晶夹头连接座12均为钨钼件，隔热板10的作用是隔热，防止炉室内的热量传到隔热板10的上方。

本发明通过用软轴（8）替代传统的硬轴，有效的避免了硬轴的加工难问题，同时避免了因硬轴的机械精度而引起的晶体外观质量问题，大大提升了晶体的良率等。

以上内容中未细述部份为现有技术，故未做细述。

为了公开本发明的目的而在本文中选用的实施例，当前认为是适宜的，但是应了解的是，本发明旨在包括一切属于本构思和本发明范围内的实施例的所有变换和改进。