一种晶体生长提拉升降装置及其工作方法与流程

本发明涉及一种晶体生长提拉升降装置及其工作方法，属于晶体生长设备技术领域。

背景技术：

助熔剂法生长晶体方法是高温熔液晶体生长法的一种，是目前最成功的晶体生长方法之一。通过助熔剂的引入降低了高温熔液的共熔点，可以生长非一致熔融的化合物晶体。在过去的30年中，通过四元素以上的多元元素组合的新晶体探索，制备出新型的晶体结构成分，利用单晶表征技术揭示化合物内在特性的潜力，可以开创广阔的研究领域。但是新晶体探索的难点在于大尺寸晶体的获得，获得厘米级的单晶非常困难。助熔剂法可以在开放的体系下，在相对较低的温度下得到大尺寸高质量的单晶。所以晶体生长过程中，对于生长设备的调节，能保证晶体的稳定的生长和大尺寸晶体的获得。因此优化晶体生长设备，提高提拉升降装置的自由度，对大尺寸的晶体生长有着重要的意义。

目前市面的提拉升降装置在保证稳定的前提下，不能满足水平方向二维尺度自由的调节，通常只能实现提拉升降装置的左右方向调节，不能前后调节。且目前提拉装置的高度升降为齿轮调整，精度控制难度大，易产生锁死不足时自由下滑，造成正在生长的晶体脱落，使实验前功尽弃，且现有装置的材料多采用铁质板材和螺丝等，使用时间久了造成灵敏度下降和铁锈现象。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提出一种晶体生长提拉升降装置及其工作方法，可以实现左右、前后、上下方向的自由调节，并有效提高了调节精度，在晶体生长过程中可以根据情况自由灵活调节升降提拉装置的位置，同时又保证装置的稳定性，在晶体生长过程中可以随时调整位置，在生长完成后可以顺利将晶体位置调整和提出。

本发明采用以下技术方案：

一方面，本发明提供一种晶体生长提拉升降装置，包括水平调节装置、竖直调节装置、径向旋转装置和微提拉装置；

所述水平调节装置包括一固定板和能够相对于固定板左右移动的水平滑轴，所述竖直调节装置的底部固定于水平滑轴上，所述竖直调节装置包括一提拉箱体，能够沿竖直方向的支撑杆上下移动，所述提拉箱体固定连接径向旋转装置，所述径向旋转装置固定连接一水平连接板，水平连接板上设置有微提拉装置，微提拉装置上固定连接有一水平支撑板，水平支撑杆能够跟随微提拉装置上下微移动，水平支撑板上设置有晶转电机，所述晶转电机的输出轴通过轴承连接有籽晶杆，籽晶杆下入到炉体内坩埚的高温熔融物中，晶转电机即为一个旋转电机，其输出轴带动籽晶杆旋转。

水平调节装置用于调节整个装置的左右移动，竖直调节装置及微提拉装置用于调节籽晶杆的上下移动，径向旋转装置用于调节籽晶杆的前后移动。

优选的，所述固定板上固定有一固定轴，固定轴为左右方向设置，其两端固定于固定板上，所述固定板一端(优选为左端)竖直固定有螺杆支架，所述水平滑轴下方固定设置有与固定轴相配合的滑块，滑块套设在固定轴上并能够在固定轴上左右滑动，固定轴在相当于一个导向杆，滑块以及水平滑轴能够沿固定轴左右移动，所述水平调节装置还包括第一螺杆和螺母，所述第一螺杆固定于螺杆支架上，所述螺母固定于水平滑轴上，通过第一螺杆的旋进旋出调节整个装置的左右位置。

优选的，所述螺杆支架上还设置有手轮，手轮与第一螺杆连接，用于调节第一螺杆与螺母之间的距离。

优选的，所述固定板上设置有多列固定轴，相应的，水平滑轴和滑块也为可以为多个，多个水平滑轴共同承载竖直调节装置的各个元件，手轮和第一螺杆可以只在中间一列固定轴上设置，多列固定轴可以更好的调节水平位移，精度更高。

优选的，所述竖直调节装置还包括竖直设置的第一支撑杆和第二支撑杆，第一支撑杆和第二支撑杆的数量均为2个，2个第一支撑杆和2个第二支撑杆顶部设置有顶板，所述提拉箱体套设于2个第二支撑杆上，2个第一支撑杆上套设有配重块，所述顶板上设置有定滑轮，提拉箱体和配重块之间通过定滑轮采用钢丝绳连接，所述提拉箱体上设置有锁紧螺丝；

优选的，在配重块和提拉箱体分别穿设在第一支撑杆和第二支撑杆上，所述配重块中部与第一支撑杆接触处，以及提拉箱体中部与第二支撑杆接触处均设置有滚动钢珠，将滑动摩擦变为滚动摩擦，减小摩擦力。

优选的，所述提拉箱体一侧设置有把手，调节时可手动拉动把手调节提拉箱体的竖直高度，带动径向旋转装置和微提拉装置上下移动；配重块为配重铁块，钢丝绳为不锈钢绳。

本发明中，配重块的重量优选与提拉箱体、径向旋转装置、微提拉装置和籽晶杆的重量之和相当，保证竖直调节时装置的稳定性，与传统的齿轮调节方式相比，本发明的配重块的引入，大大提高了调节的稳定性。

优选的，所述径向旋转装置包括固定块和u型旋转块，所述固定块与提拉箱体固定连接，所述u型旋转块包括上连接板、下连接板和位于上连接板、下连接板之间的竖直连接板，所述上连接板和下连接板上均设置有销孔，所述上连接板、固定块和下连接板之间通过销轴连接，所述上连接板与固定块之间设置有径向旋转固定螺丝，需要前后调节时，u型旋转块可沿销轴转动实现籽晶杆的前后位置调节，并可通过径向旋转固定螺丝进行锁紧；

优选的，所述固定块和u型旋转块之间设置有限位结构，限位结构可以为阻止180°旋转的螺丝，或者在旋转到前后最大位置处分别设置限位块等，均可实现限位功能，此处也可参考现有技术进行设计。

优选的，所述u型旋转块与水平连接板固定连接，所述水平连接板上设置有内螺纹，水平支撑板上设置有与水平连接板的内螺纹配合的第二螺杆，通过拧动第二螺杆实现竖直方向的微调。

进一步优选的，所述水平连接板的一端固定连接有一竖向的导轨，所述水平支撑杆上竖直固定连接有一竖向的滑动板，滑动板与导轨配合并能够相对于导轨上下移动，所述滑动板上固定设置有一限位块，所述限位块中部设有限位孔；

所述晶转电机的输出轴通过轴承连接一连接杆，连接杆穿过限位孔连接一卡扣，卡扣连接连接杆与籽晶杆，使得连接杆与籽晶杆同轴转动，限位孔略大于连接杆的外径，只起到限位作用，并不会随着连接杆的转动而转动。

进一步优选的，所述第一支撑杆、第二支撑杆的材质均为不锈钢或铝，可有效避免由于铁锈的产生灵敏度降低问题。

优选的，固定板底部设置有支撑架，支撑架底部设置有减震底座，支撑架材料为不锈钢支架。

进一步优选的，所述水平调节装置的水平调节距离为5-30cm，竖直调节装置的调节距离为0-80cm，微提拉装置的调节距离为0-15cm。

本发明的炉体内还设置有温场，温场外的加热装置为电阻加热装置，也可以根据实际情况替换为感应加热方式。旋转电机可通过调正与炉腔中心对齐的方式伸入炉腔坩埚内。

另一方面，本发明还提供上述一种晶体生长提拉升降装置的工作方法，包括：

籽晶杆工作时，晶转电机转动，带动连接杆、籽晶杆同轴转动，实现籽晶杆的转动；

当籽晶杆需要左右调节时，旋动第一螺杆，带动螺母、水平滑轴左右滑动，同时与水平滑轴连接的滑块沿固定轴左右移动，实现装置的左右移动；

当籽晶杆需要上下调节幅度较大时，首先调节竖直调节装置，通过把手拉动提拉箱体沿第二支撑杆上下滑动，同时，配重块通过钢丝绳沿第一支撑杆也上下移动，当接近目标位置时，采用锁紧螺丝将提拉箱体锁紧在第二支撑杆上；然后调节微提拉装置，拧动第二螺杆，此时水平连接板和导轨为相对固定，第二螺杆与水平支撑板一同上下移动，与水平支撑杆固定连接的滑动板相对于导轨上下移动，此时，位于水平支撑杆上的晶转电机，以及连接杆、籽晶杆则一同上下移动，实现微调；

当籽晶杆需要前后调节时，u型旋转块能够沿销轴转动，当转动到适当位置时，通过径向旋转固定螺丝固定。

在晶体生长过程(如封炉、测饱和点和下入籽晶过程等)均需要调整籽晶杆位置，具体何时调整可参考现有晶体生长过程进行，此处不再赘述。

本发明未详尽之处，均可采用现有技术。

本发明的有益效果为：

1)针对传统提拉升降装置不能水平左右移动的不足，本发明加入了水平调节装置，结合径向旋转装置的前后旋转作用，可以使籽晶杆与生长炉炉体中心较为精准的对准。

2)向旋转装置顶部设置有微提拉装置，使其在竖直方向提拉箱体在固定锁死的状态下，能小范围地调节籽晶杆的位置。

3)本发明的竖向调节方式摒弃传统的齿轮调节，优化为配重块、提拉箱体和定滑轮结合的方式，保证了晶体在位置调整过程中整个设备的稳定，同时保证晶体的安全。

综上，本发明可以实现左右、前后、上下方向的自由调节，并有效提高了调节精度，在晶体生长过程中可以根据情况自由灵活调节升降提拉装置的位置，同时又保证装置的稳定性，在晶体生长过程中可以随时调整位置，在生长完成后可以顺利将晶体位置调整和提出。

附图说明

图1为本发明的晶体生长提拉升降装置的结构示意图；

图2为径向旋转装置的局部结构示意图；

其中，1-固定板，2-水平滑轴，3-提拉箱体，4-水平连接板，5-水平支撑板，6-晶转电机，7-轴承，8-籽晶杆，9-坩埚，10-固定轴，11-螺杆支架，12-滑块，13-第一螺杆，14-螺母，15-手轮，16-第一支撑杆，17-第二支撑杆，18-顶板，19-配重块，20-定滑轮，21-钢丝绳，22-锁紧螺丝，23-固定块，24-u型旋转块，25销轴，26-径向旋转固定螺丝，27-第二螺杆，28-导轨，29-滑动板，30-限位块，31-连接杆，32-卡扣，33-支撑架，34-炉体。

具体实施方式：

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述，但不仅限于此，本发明未详尽说明的，均按本领域常规技术。

实施例1：

一种晶体生长提拉升降装置，如图1～2所示，包括水平调节装置、竖直调节装置、径向旋转装置和微提拉装置；

水平调节装置包括一固定板1和能够相对于固定板1左右移动的水平滑轴2，竖直调节装置的底部固定于水平滑轴2上，竖直调节装置包括一提拉箱体3，能够沿竖直方向的支撑杆上下移动，提拉箱体3固定连接径向旋转装置，径向旋转装置固定连接一水平连接板4，水平连接板4上设置有微提拉装置，微提拉装置上固定连接有一水平支撑板5，水平支撑杆5能够跟随微提拉装置上下微移动，水平支撑板5上设置有晶转电机6，晶转电机6的输出轴通过轴承7连接有籽晶杆8，籽晶杆8下入到炉体34内坩埚9的高温熔融物中，晶转电机6即为一个旋转电机，其输出轴带动籽晶杆8旋转。

水平调节装置用于调节整个装置的左右移动，竖直调节装置及微提拉装置用于调节籽晶杆8的上下移动，径向旋转装置用于调节籽晶杆8的前后移动。

实施例2：

一种晶体生长提拉升降装置，结构如实施例1所示，所不同的是，固定板1上固定有一固定轴10，固定轴10为左右方向设置，其两端固定于固定板1上，固定板1一端(优选为左端)竖直固定有螺杆支架11，水平滑轴2下方固定设置有与固定轴10相配合的滑块12，每个水平滑轴2下方优选设置两个滑块12，滑块12套设在固定轴10上并能够在固定轴10上左右滑动，固定轴10在相当于一个导向杆，滑块12以及水平滑轴2能够沿固定轴10左右移动，水平调节装置还包括第一螺杆13和螺母14，第一螺杆13固定于螺杆支架11上，螺母14固定于水平滑轴2上，通过第一螺杆13的旋进旋出调节整个装置的左右位置。

螺杆支架11上还设置有手轮15，手轮15与第一螺杆13连接，用于调节第一螺杆13与螺母14之间的距离。

固定板1上设置有多列固定轴10，相应的，水平滑轴2和滑块12的数量也为可以为多个，多个水平滑轴2共同承载竖直调节装置的各个元件，手轮15和第一螺杆13可以只在中间一列固定轴上设置，多列固定轴可以更好的调节水平位移，精度更高。

实施例3：

一种晶体生长提拉升降装置，结构如实施例2所示，所不同的是，竖直调节装置还包括竖直设置的第一支撑杆16和第二支撑杆17，第一支撑杆16和第二支撑杆17的数量均为2个，2个第一支撑杆16和2个第二支撑杆17顶部设置有顶板18，提拉箱体3套设于2个第二支撑杆17上，2个第一支撑杆16上套设有配重块19，顶板18上设置有定滑轮20，提拉箱体3和配重块19之间通过定滑轮20采用钢丝绳21连接，提拉箱体3上设置有锁紧螺丝22；

在配重块19和提拉箱体3分别穿设在第一支撑杆16和第二支撑杆17上，配重块19中部与第一支撑杆16接触处，以及提拉箱体3中部与第二支撑杆17接触处均设置有滚动钢珠，将滑动摩擦变为滚动摩擦，减小摩擦力。

提拉箱体3一侧设置有把手，调节时可手动拉动把手调节提拉箱体的竖直高度，带动径向旋转装置和微提拉装置上下移动；配重块19为配重铁块，钢丝绳21为不锈钢绳。

本发明中，配重块19的重量与提拉箱体、径向旋转装置、微提拉装置和籽晶杆的重量之和相当，保证竖直调节时装置的稳定性，与传统的齿轮调节方式相比，本发明的配重块的引入，大大提高了调节的稳定性。

实施例4：

一种晶体生长提拉升降装置，结构如实施例3所示，所不同的是，如图2所示，径向旋转装置包括固定块23和u型旋转块24，固定块23与提拉箱体3固定连接，u型旋转块23包括上连接板、下连接板和位于上连接板、下连接板之间的竖直连接板，上连接板和下连接板上均设置有销孔，上连接板、固定块和下连接板之间通过销轴25连接，上连接板与固定块之间设置有径向旋转固定螺丝26，需要前后调节时，u型旋转块24可沿销轴25转动实现籽晶杆的前后位置调节，并可通过径向旋转固定螺丝26进行锁紧；

固定块23和u型旋转块之间设置有限位结构，限位结构为在旋转到前后最大位置处分别设置的限位块。

实施例5：

一种晶体生长提拉升降装置，结构如实施例4所示，所不同的是，u型旋转块24与水平连接板4固定连接，水平连接板4上设置有内螺纹，水平支撑板5上设置有与水平连接板4的内螺纹配合的第二螺杆27，通过拧动第二螺杆27实现竖直方向的微调。

实施例6：

一种晶体生长提拉升降装置，结构如实施例5所示，所不同的是，水平连接板4的一端固定连接有一竖向的导轨28，水平支撑杆5上竖直固定连接有一竖向的滑动板29，滑动板29与导轨28配合并能够相对于导轨28上下移动，滑动板29上固定设置有一限位块30，限位块30中部设有限位孔；

晶转电机6的输出轴通过轴承7连接一连接杆31，连接杆31穿过限位块30中部的限位孔连接一卡扣32，卡扣32将连接杆31与籽晶杆8连接起来，使得连接杆31与籽晶杆8同轴转动，限位孔略大于连接杆31的外径，只起到限位作用，并不会随着连接杆31的转动而转动。

实施例7：

一种晶体生长提拉升降装置，结构如实施例6所示，所不同的是，第一支撑杆16、第二支撑杆17的材质均为不锈钢或铝，可有效避免由于铁锈的产生灵敏度降低问题。

固定板1底部设置有支撑架33，支撑架33底部设置有减震底座，支撑架33材料为不锈钢支架。

实施例8：

一种晶体生长提拉升降装置，结构如实施例7所示，所不同的是，水平调节装置的水平调节距离为5-30cm，竖直调节装置的调节距离为0-80cm，微提拉装置的调节距离为0-15cm。

实施例9：

一种晶体生长提拉升降装置的工作方法，包括：

籽晶杆工作时，晶转电机6转动，带动连接杆31、籽晶杆8同轴转动，实现籽晶杆8的转动；

当籽晶杆8需要左右调节时，旋动第一螺杆13，带动螺母14、水平滑轴2左右滑动，同时与水平滑轴2连接的滑块12沿固定轴10左右移动，实现装置的左右移动；

当籽晶杆8需要上下调节幅度较大时，首先调节竖直调节装置，通过把手拉动提拉箱体3沿第二支撑杆17上下滑动，同时，配重块19通过钢丝绳21沿第一支撑杆16也上下移动，当接近目标位置时，采用锁紧螺丝22将提拉箱体3锁紧在第二支撑杆17上；然后调节微提拉装置，拧动第二螺杆27，此时水平连接板4和导轨28为相对固定，第二螺杆27与水平支撑板5一同上下移动，与水平支撑杆5固定连接的滑动板29相对于导轨28上下移动，此时，位于水平支撑杆5上的晶转电机6，以及连接杆31、籽晶杆8则一同上下移动，实现微调；

当籽晶杆8需要前后调节时，u型旋转块24能够沿销轴25转动，当转动到适当位置时，通过径向旋转固定螺丝26固定。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。