一种高效冷却的单晶炉坩埚杆的制作方法

本实用新型属于单晶炉技术领域，具体涉及一种高效冷却的单晶炉坩埚杆。

背景技术：

单晶炉是一种在惰性气体(氮气、氦气为主)环境中,用石墨加热器将多晶硅等多晶材料熔化,用直拉法生长无错位单晶的设备。多晶材料熔化后盛装在一个坩埚中，坩埚底部设置有坩埚杆用于旋转或带动坩埚升降。由于坩埚杆周围是用于对坩埚进行加热的加热装置，因此在单晶炉工作时，坩埚杆的温度非常高，若不进行冷却，高温将影响坩埚杆的使用寿命。

现有的坩埚杆冷却技术通常是在坩埚杆的中空腔内设置一根水管，通过水管将冷却水送入到坩埚杆的中空腔的顶部，然后使冷却水从水管与坩埚杆之间的夹层流下。在冷却水流下的过程中，实现与坩埚杆的中空腔内壁的接触从而实现热交换。

但是，由于夹层为一个截面为环形的柱状空间，因而冷却水在夹层中流动时很容易发生分布不均匀的现象。这导致冷却水与坩埚杆接触不均匀，从而导致冷却不均匀，坩埚杆易发生局部高温而损坏。

技术实现要素：

针对上述冷却水在夹层中流动时很容易发生分布不均匀，导致冷却水与坩埚杆接触不均匀，从而导致冷却不均匀，坩埚杆易发生局部高温而损坏的问题，本实用新型提供一种高效冷却的单晶炉坩埚杆，其目的在于：通过改变坩埚杆中冷却水的流动方式，使得冷却水可以和坩埚杆充分接触，使得冷却更加均匀、提高冷却效率。

本实用新型采用的技术方案如下：

一种高效冷却的单晶炉坩埚杆，包括坩埚杆，坩埚杆底部连接有水套，水套内部设置有进水室和出水室，水套外部设置有与进水室相通的进水管和与出水室相通的出水管；坩埚杆内部设置有与进水室相通的冷却管和与出水室相通的排水管，排水管位于坩埚杆中部，冷却管呈螺旋状环绕排水管设置，冷却管和排水管在坩埚杆的顶部联通。

在坩埚杆冷却过程中，产生冷却作用的通常是接近坩埚杆外表面的冷却水，例如现有技术中在水管与坩埚杆之间的夹层中流动的水。采用该技术方案后，接近坩埚杆外表面的冷却水在螺旋状的冷却管中流动，因而流动的距离长，可以提高冷却水与坩埚杆之间的热交换效率。此外，冷却水从冷却管下端注入，并且从冷却管上端流出并进入排水管，可以保证冷却管内充满冷却水，不会像冷却水从上往下流时一样出现填充空气的部分。因而可以使得冷却效果更加均匀。

优选的，水套包括内壳体和套设在内壳体外部的外壳体，内壳体和坩埚杆底部之间形成进水室，内壳体、外壳体和坩埚杆底部之间形成出水室。

采用该优选方案后，进水室位于出水室外部，通过将出水室体积增大，以及将出水管的规格增大，可以实现在出水室的上部留有一定的空气，避免排出的热水与内壳体接触，减少排出的热水与输入的冷却水发生热交换。

进一步优选的，坩埚杆底部设置有凸起的限位环，限位环嵌入内壳体和外壳体之间形成的空间内，限位环和外壳体之间设置有水封Ⅰ，限位环和内壳体之间设置有水封Ⅱ。

采用该优选方案后，使得坩埚杆与水套之间可以进行转动，而水封Ⅰ和水封Ⅱ可以增强转动连接处的密封性，防止进水室和出水室中的水漏出。

优选的，坩埚杆侧面设置有升降装置，所述升降装置通过连接杆Ⅰ与坩埚杆连接，升降装置通过连接杆Ⅱ与水套连接。

采用该优选方案后，可以实现坩埚杆与水套同步升降，避免连接处漏水。

进一步优选的，升降装置上设置有带动坩埚杆转动的电机。

采用该优选方案后，带动坩埚杆转动的电机也和坩埚杆同步升降，使得坩埚杆的运行更加稳定。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：

1.接近坩埚杆外表面的冷却水在螺旋状的冷却管中流动，因而流动的距离长，可以提高冷却水与坩埚杆之间的热交换效率。

2.冷却水从冷却管下端注入，并且从冷却管上端流出并进入排水管，可以保证冷却管内充满冷却水，不会像冷却水从上往下流时一样出现填充空气的部分。因而可以使得冷却效果更加均匀。

3.进水室位于出水室外部，通过将出水室体积增大，以及将出水管的规格增大，可以实现在出水室的上部留有一定的空气，避免排出的热水与内壳体接触，减少排出的热水与输入的冷却水发生热交换。

4.坩埚杆与水套之间可以进行转动，水封Ⅰ和水封Ⅱ可以增强转动连接处的密封性，防止进水室和出水室中的水漏出。

5.实现坩埚杆与水套同步升降，避免连接处漏水。

6.带动坩埚杆转动的电机也和坩埚杆同步升降，使得坩埚杆的运行更加稳定。

附图说明

本实用新型将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是本实用新型实施例1的结构示意图；

图2是本实用新型实施例1中水套与坩埚杆连接处放大的结构示意图；

图3是本实用新型实施例2的结构示意图。

其中，1-坩埚杆，11-冷却管，12-排水管，13-限位环，2-水套，21-内壳体，22-进水室，23-外壳体，24-出水室，3-进水管，4-出水管，5-电机，6-升降装置，7-连接杆Ⅰ，8-连接杆Ⅱ，9-水封Ⅰ，10-水封Ⅱ。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

下面结合图1至图3对本实用新型作详细说明。

实施例1

一种高效冷却的单晶炉坩埚杆，包括坩埚杆1，坩埚杆1底部连接有水套2，其特征在于：水套2内部设置有进水室22和出水室24，水套2外部设置有与进水室22相通的进水管3和与出水室24相通的出水管4；坩埚杆1内部设置有与进水室22相通的冷却管11和与出水室24相通的排水管12，排水管12位于坩埚杆1中部，冷却管11呈螺旋状环绕排水管12设置，冷却管11和排水管12在坩埚杆1的顶部联通。

进行冷却时，冷却水从进水管3进入进水室22，然后注入冷却管11，冷却水在螺旋状的冷却管11中流动，与坩埚杆1发生热交换实现充分均匀的冷却。然后在坩埚杆1的顶部，被坩埚杆1的高温加热的冷却水进入排水管12，然后进入出水室24，最后由出水管4排出。

水套2包括内壳体21和套设在内壳体21外部的外壳体23，内壳体21和坩埚杆1底部之间形成进水室22，内壳体21、外壳体23和坩埚杆1底部之间形成出水室24。坩埚杆1底部设置有凸起的限位环13，限位环13嵌入内壳体21和外壳体23之间形成的空间内，排水管12的出口即位于限位环13的下端面。通过上述结构，可以在坩埚杆1与水套2之间发生相对转动的时候，维持冷却水的稳定注入和排出。限位环13和外壳体23之间设置有水封Ⅰ9，限位环13和内壳体21之间设置有水封Ⅱ10。水封Ⅰ9和水封Ⅱ10对转动连接的部位进行密封。

实施例2

在实施例1的基础上，坩埚杆1侧面设置有升降装置6，所述升降装置6通过连接杆Ⅰ7与坩埚杆1连接，升降装置6通过连接杆Ⅱ8与水套2连接。升降装置6上设置有带动坩埚杆1转动的电机5。

坩埚杆1、水套2和电机5均连接在同一个升降装置6的活动部分上，因而可以同步上下运行，从而保证了坩埚杆1的升降和转动稳定，避免冷却水泄露。

以上所述实施例仅表达了本申请的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术方案构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。