一种碳化硅原料合成炉的制作方法

1.本发明属于碳化硅合成领域，具体的说是一种碳化硅原料合成炉。


背景技术：

2.碳化硅立式感应合成炉主要是应用中频感应加热方式，以摩尔比配比的高纯碳粉和高纯硅粉、以及一定量的高纯添加剂均匀混合，装在高纯石墨坩埚内，并在洁净环境中，充入高纯氩气、氮气、氢气和其他气体，以设定的步骤，逐步完成升温、保温、置换氩气、氮气、氢气或其他气氛气体，降温等过程，使碳粉和硅粉合成为高纯碳化硅原料的设备。
3.公开号为cn112516916a超高真空碳化硅原料合成炉系统，该发明所述的超高真空碳化硅原料合成炉系统中，炉室为圆筒形立式双层水冷结构，炉室上安装炉盖，炉盖为双层水冷结构，红外测温组件位于炉盖顶端，炉盖可由电动升降机实现升降并旋开；炉室通过闸板阀、泵抽弯管与分子泵连接，组成系统主抽管路，炉室通过角阀、波纹管与机械泵相连，组成系统旁抽管路；样品支撑机构与炉室底盘固定，感应加热组件、测量组件分别与炉室侧面法兰固定。
4.现有技术中，碳化硅立式感应合成炉合成碳化硅粉体时，通过采用高纯碳粉和硅粉直接反应，通过高温合成的方法生成，碳化硅粉体合成设备主要技术难点在于粉体合成温场均匀性及温梯控制，传统的合成炉温场均匀性及温梯控制效果的稳定性不良问题。
5.为此，本发明提供一种碳化硅原料合成炉。


技术实现要素：

6.为了弥补现有技术的不足，解决背景技术中所提出的至少一个技术问题。
7.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明所述的一种碳化硅原料合成炉，包括外壳、中间云母条、上线圈和下线圈；所述外壳的内部设有云母条底座；所述云母条底座的顶面固连有中间云母条；所述中间云母条的表面固连有环绕线圈；所述环绕线圈包括有上线圈和下线圈；所述中间云母条的表面靠近中间云母条的顶面位置固连有上线圈；所述中间云母条的表面靠近中间云母条的底面位置固连有下线圈；所述上线圈和下线圈均为螺旋状结构设计；所述上线圈和下线圈分别连有中频感应电源；所述环绕线圈的中部位置设有坩埚；工作时，通过将传统的加热线圈调整为环绕线圈，环绕线圈分为两个部分，分别为上线圈和下线圈，通过将上线圈和下线圈分别连接两套中频感应电源，每套电源分别对应供电，两套电源分别实现对上线圈和下线圈的两个感应加热线圈的功率调整，并且互不干扰，两套电源可分别调节功率，上线圈和下线圈的额定功率都为120kw，频率1000hz，且高度500mm，匝数为10，内径900mm，外径930mm，通过本发明双线圈感应加热及耦合控制，使得原料的合成区温场径向均匀，轴向温度梯度控制，控制系统稳定性较好，能够高效的进行原料合成，且碳化硅粉合成成本比传统的长晶炉合成成本降低50％,炉内热场中坩埚内部的温度均匀可控。
8.优选的，所述外壳的内部于上线圈的顶部位置设有屏蔽柱上座；所述外壳的内部
于下线圈的底部位置设有屏蔽柱下座；所述屏蔽柱上座和屏蔽柱下座之间固连有均匀布置的屏蔽柱；所述屏蔽柱为硅钢片材料设计；工作时，通过在在上线圈和下线圈的外部排列一圈硅钢片制作的屏蔽柱，可以有效起到屏蔽线圈磁场，以免使上线圈和下线圈外部装置受到上线圈和下线圈磁场影响发生感应现象，引起发热，造成环绕线圈功率的损耗。
9.优选的，所述环绕线圈的表面涂有耐热涂层；所述耐热涂层为特氟龙耐热材料设计；所述环绕线圈的表面包覆有隔热棉；工作时，通过在环绕线圈的表面涂有特氟龙耐热涂层，同时外面还包覆有隔热棉，可以有效避免环绕线圈被炉内高温灼伤，从而损坏环绕线圈，导致环绕线圈无法正常工作问题。
10.优选的，所述中间云母条的表面于上线圈和下线圈位置均固连有成对宝塔接头；所述上线圈和下线圈的内部均开设有导流通道；成对的所述宝塔接头分别与对应导流通道的进口和出口连通；所述宝塔接头均连有连管；工作时，通过设置宝塔接头，通过宝塔接头外接连管，连管连接冷却水源，通过一进一出宝塔接头与连管相连，使的环绕线圈中通循环冷却水，及时将环绕线圈中的热量带走，配合环绕线圈外部涂层以及包覆隔热棉，从以上三个方面避免环绕线圈被炉内高温灼伤，从而损坏线圈问题。
11.优选的，所述导流通道的内部设有内管；所述内管的径向截面为环状波纹结构设计；所述宝塔接头均为三通结构设计；工作时，通过在环绕线圈的导流通道内部设置内管，内管与环形线圈的内表面之间注入有导热液体，同时通过宝塔接头不断的向内管的内部通循环的冷却水，使得环绕线圈内部的热量快速导入导流液体的内部，然后再通过循环冷却水快速导出，由于内管为环状波纹结构设计，有效的增加了内管与导热液体和冷却水的接触面积，进而提高散热效果。
12.优选的，所述内管与导流通道的内表面之间固连有均匀布置的弹性垫；工作时，由于内管内表面长期通过冷却水，因冷却水温度升高，冷却水内部杂质很容易在内管的内表面附着，进而影响内管的正常导流功能，通过设置弹性垫，使得内管与导流通道之间柔性连接，通过宝塔接头的三通结构，交变方式向内管外部与内部导入流体，使得内管反复发生变形，促进内管内表面附着杂质的脱落。
13.优选的，所述导流通道的内表面固连有均匀布置的震动块；所述震动块与弹性垫之间交替分布；工作时，通过在导流通道的内部设置震动块，当内管变形时，内管会与震动块之间碰撞，促进内管的震动，进一步提高对内管内表面杂质的处理效果。
14.优选的，所述宝塔接头的接口位置有突出的环形凸台结构设计；所述连管的接口位置固连有接头管；所述接头管的内部开设有环形槽；所述环形槽的内部设有环形垫；工作时，通过设置接头管，通过在接头管的内部设置环形垫，当需要将连管与宝塔接头连接时，传统的连接方式为直接将连管套接于宝塔接头上，为了提高连接的密封性，宝塔接头的接口位置会有突出的环形凸台结构设计，使得连管的连接位置直径扩大，但是由于连管为弹性材料设计，需要将连管与宝塔接头连接和分离时，均较为困难，通过硬质的接头管，工作人员可以直接手握接头管进行插接以及拉拔分离，在不影响连接密封性的前提下，便于安装与拆卸。
15.优选的，所述接头管的表面开设有控制槽；所述控制槽的内部滑动连接有控制块；所述控制块与控制槽的一侧侧面固连有弹簧；所述控制块与控制槽的另一侧侧面固连有第一气囊；所述宝塔接头的端面位置开设有插槽；所述插槽的侧面开设有锁槽；所述接头管的
表面于锁槽位置开设有滑槽，且滑槽与第一气囊之间通过管道相互连通；所述滑槽的内部滑动连接有滑块；所述接头管的表面铰接有锁块；所述锁块与滑块之间连有连杆；工作时，通过设置控制块，由于通过交变方式导入流体，促进内管内表面杂质的脱落，频繁交变导入流体会产生突变压力，很容易导致连接松动，进而对接头管与宝塔接头之间的连接稳定性要求更高，当接头管与宝塔接头插接时，锁块自动导入锁槽的内部，使得接头管与宝塔接头之间锁紧，保证连接效果，需要进行拆卸时，通过手动推动控制块，通过控制块停止挤压第一气囊，使得滑槽内部的气体导回第一气囊内部，促进滑槽内部的滑块向着滑槽的槽底移动，滑块会通过连杆带动锁块转动，控制锁块导出锁槽，停止接头管与宝塔接头之间完全锁紧连接状态。
16.优选的，所述接头管相对于插槽的一侧侧面固连有环形块；所述环形块的表面固连有第二气囊，且第二气囊与第一气囊之间通过管道相互连通；工作时，通过设置环形块，当接头管与宝塔接头连接时，接头管会带动环形块插入插槽，此时停止手动推动控制块，弹簧作用下，第一气囊会受到控制块的挤压，使得第一气囊内部的气体导入第二气囊，第二气囊膨胀，进一步促进接头管与宝塔接头连接的密封性。
17.本发明的有益效果如下：
18.1.本发明所述的一种碳化硅原料合成炉，通过设置外壳、中间云母条、上线圈和下线圈；通过将传统的单一加热线圈分为两个加热线圈，双线圈感应加热及耦合控制，使得原料的合成区温场径向均匀，轴向温度梯度控制，控制系统稳定性较好，能够高效的进行原料合成，且碳化硅粉合成成本比传统的长晶炉合成成本降低50％,炉内热场中坩埚内部的温度均匀可控。
19.2.本发明所述的一种碳化硅原料合成炉，通过设置内管、宝塔接头和弹性垫，通过宝塔接头不断的向内管的内部通循环的冷却水，使得环绕线圈内部的热量快速导入导流液体的内部，然后再通过循环冷却水快速导出，由于内管为环状波纹结构设计，有效的增加了内管与导热液体和冷却水的接触面积，进而提高散热效果；同时由于内管内表面长期通过冷却水，因冷却水温度升高，冷却水内部杂质很容易在内管的内表面附着，进而影响内管的正常导流功能，通过设置弹性垫，使得内管与导流通道之间柔性连接，通过宝塔接头的三通结构，交变方式向内管外部与内部导入流体，使得内管反复发生变形，促进内管内表面附着杂质的脱落。
附图说明
20.下面结合附图对本发明作进一步说明。
21.图1是本发明的立体图；
22.图2是本发明的主视图；
23.图3是本发明的环绕线圈的第一剖视图；
24.图4是本发明的宝塔接头的剖视图；
25.图5是图4中a处局部放大图；
26.图6是图5中b处局部放大图；
27.图7是本发明的环绕线圈的第二剖视图；
28.图中：外壳1、中间云母条2、上线圈3、下线圈4、云母条底座5、环绕线圈6、屏蔽柱上
座7、屏蔽柱下座8、屏蔽柱9、耐热涂层10、隔热棉11、宝塔接头12、导流通道13、连管14、内管15、弹性垫16、震动块17、接头管18、环形垫19、控制块20、弹簧21、第一气囊22、插槽23、锁槽24、滑槽25、滑块26、锁块27、连杆28、环形块29、第二气囊30。
具体实施方式
29.为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
30.实施例一
31.如图1-图4所示，本发明实施例所述的一种碳化硅原料合成炉，包括外壳1、中间云母条2、上线圈3和下线圈4；所述外壳1的内部设有云母条底座5；所述云母条底座5的顶面固连有中间云母条2；所述中间云母条2的表面固连有环绕线圈6；所述环绕线圈6包括有上线圈3和下线圈4；所述中间云母条2的表面靠近中间云母条2的顶面位置固连有上线圈3；所述中间云母条2的表面靠近中间云母条2的底面位置固连有下线圈4；所述上线圈3和下线圈4均为螺旋状结构设计；所述上线圈3和下线圈4分别连有中频感应电源；所述环绕线圈6的中部位置设有坩埚；工作时，通过将传统的加热线圈调整为环绕线圈6，环绕线圈6分为两个部分，分别为上线圈3和下线圈4，通过将上线圈3和下线圈4分别连接两套中频感应电源，每套电源分别对应供电，两套电源分别实现对上线圈3和下线圈4的两个感应加热线圈的功率调整，并且互不干扰，两套电源可分别调节功率，上线圈3和下线圈4的额定功率都为120kw，频率1000hz，且高度500mm，匝数为10，内径900mm，外径930mm，通过本发明双线圈感应加热及耦合控制，使得原料的合成区温场径向均匀，轴向温度梯度控制，控制系统稳定性较好，能够高效的进行原料合成，且碳化硅粉合成成本比传统的长晶炉合成成本降低50％,炉内热场中坩埚内部的温度均匀可控。
32.所述外壳1的内部于上线圈3的顶部位置设有屏蔽柱上座7；所述外壳1的内部于下线圈4的底部位置设有屏蔽柱下座8；所述屏蔽柱上座7和屏蔽柱下座8之间固连有均匀布置的屏蔽柱9；所述屏蔽柱9为硅钢片材料设计；工作时，通过在在上线圈3和下线圈4的外部排列一圈硅钢片制作的屏蔽柱9，可以有效起到屏蔽线圈磁场，以免使上线圈3和下线圈4外部装置受到上线圈3和下线圈4磁场影响发生感应现象，引起发热，造成环绕线圈6功率的损耗。
33.所述环绕线圈6的表面涂有耐热涂层10；所述耐热涂层10为特氟龙耐热材料设计；所述环绕线圈6的表面包覆有隔热棉11；工作时，通过在环绕线圈6的表面涂有特氟龙耐热涂层10，同时外面还包覆有隔热棉11，可以有效避免环绕线圈6被炉内高温灼伤，从而损坏环绕线圈6，导致环绕线圈6无法正常工作问题。
34.所述中间云母条2的表面于上线圈3和下线圈4位置均固连有成对宝塔接头12；所述上线圈3和下线圈4的内部均开设有导流通道13；成对的所述宝塔接头12分别与对应导流通道13的进口和出口连通；所述宝塔接头12均连有连管14；工作时，通过设置宝塔接头12，通过宝塔接头12外接连管14，连管14连接冷却水源，通过一进一出宝塔接头12与连管14相连，使的环绕线圈6中通循环冷却水，及时将环绕线圈6中的热量带走，配合环绕线圈6外部涂层以及包覆隔热棉11，从以上三个方面避免环绕线圈6被炉内高温灼伤，从而损坏线圈问题。
35.实施例二
36.如图4和图7所示，对比实施例一，其中本发明的另一种实施方式为：所述导流通道13的内部设有内管15；所述内管15的径向截面为环状波纹结构设计；所述宝塔接头12均为三通结构设计；工作时，通过在环绕线圈6的导流通道13内部设置内管15，内管15与环形线圈的内表面之间注入有导热液体，同时通过宝塔接头12不断的向内管15的内部通循环的冷却水，使得环绕线圈6内部的热量快速导入导流液体的内部，然后再通过循环冷却水快速导出，由于内管15为环状波纹结构设计，有效的增加了内管15与导热液体和冷却水的接触面积，进而提高散热效果。
37.所述内管15与导流通道13的内表面之间固连有均匀布置的弹性垫16；工作时，由于内管15内表面长期通过冷却水，因冷却水温度升高，冷却水内部杂质很容易在内管15的内表面附着，进而影响内管15的正常导流功能，通过设置弹性垫16，使得内管15与导流通道13之间柔性连接，通过宝塔接头12的三通结构，交变方式向内管15外部与内部导入流体，使得内管15反复发生变形，促进内管15内表面附着杂质的脱落。
38.所述导流通道13的内表面固连有均匀布置的震动块17；所述震动块17与弹性垫16之间交替分布；工作时，通过在导流通道13的内部设置震动块17，当内管15变形时，内管15会与震动块17之间碰撞，促进内管15的震动，进一步提高对内管15内表面杂质的处理效果。
39.所述宝塔接头12的接口位置有突出的环形凸台结构设计；所述连管14的接口位置固连有接头管18；所述接头管18的内部开设有环形槽；所述环形槽的内部设有环形垫19；工作时，通过设置接头管18，通过在接头管18的内部设置环形垫19，当需要将连管14与宝塔接头12连接时，传统的连接方式为直接将连管14套接于宝塔接头12上，为了提高连接的密封性，宝塔接头12的接口位置会有突出的环形凸台结构设计，使得连管14的连接位置直径扩大，但是由于连管14为弹性材料设计，需要将连管14与宝塔接头12连接和分离时，均较为困难，通过硬质的接头管18，工作人员可以直接手握接头管18进行插接以及拉拔分离，在不影响连接密封性的前提下，便于安装与拆卸。
40.所述接头管18的表面开设有控制槽；所述控制槽的内部滑动连接有控制块20；所述控制块20与控制槽的一侧侧面固连有弹簧21；所述控制块20与控制槽的另一侧侧面固连有第一气囊22；所述宝塔接头12的端面位置开设有插槽23；所述插槽23的侧面开设有锁槽24；所述接头管18的表面于锁槽24位置开设有滑槽25，且滑槽25与第一气囊22之间通过管道相互连通；所述滑槽25的内部滑动连接有滑块26；所述接头管18的表面铰接有锁块27；所述锁块27与滑块26之间连有连杆28；工作时，通过设置控制块20，由于通过交变方式导入流体，促进内管15内表面杂质的脱落，频繁交变导入流体会产生突变压力，很容易导致连接松动，进而对接头管18与宝塔接头12之间的连接稳定性要求更高，当接头管18与宝塔接头12插接时，锁块27自动导入锁槽24的内部，使得接头管18与宝塔接头12之间锁紧，保证连接效果，需要进行拆卸时，通过手动推动控制块20，通过控制块20停止挤压第一气囊22，使得滑槽25内部的气体导回第一气囊22内部，促进滑槽25内部的滑块26向着滑槽25的槽底移动，滑块26会通过连杆28带动锁块27转动，控制锁块27导出锁槽24，停止接头管18与宝塔接头12之间完全锁紧连接状态。
41.所述接头管18相对于插槽23的一侧侧面固连有环形块29；所述环形块29的表面固连有第二气囊30，且第二气囊30与第一气囊22之间通过管道相互连通；工作时，通过设置环
形块29，当接头管18与宝塔接头12连接时，接头管18会带动环形块29插入插槽23，此时停止手动推动控制块20，弹簧21作用下，第一气囊22会受到控制块20的挤压，使得第一气囊22内部的气体导入第二气囊30，第二气囊30膨胀，进一步促进接头管18与宝塔接头12连接的密封性。
42.工作时，通过将传统的加热线圈调整为环绕线圈6，环绕线圈6分为两个部分，分别为上线圈3和下线圈4，通过将上线圈3和下线圈4分别连接两套中频感应电源，每套电源分别对应供电，两套电源分别实现对上线圈3和下线圈4的两个感应加热线圈的功率调整，并且互不干扰，两套电源可分别调节功率，上线圈3和下线圈4的额定功率都为120kw，频率1000hz，且高度500mm，匝数为10，内径900mm，外径930mm；通过在上线圈3和下线圈4的外部排列一圈硅钢片制作的屏蔽柱9，可以有效起到屏蔽线圈磁场，以免使上线圈3和下线圈4外部装置受到上线圈3和下线圈4磁场影响发生感应现象，引起发热，造成环绕线圈6功率的损耗；通过在环绕线圈6的表面涂有特氟龙耐热涂层10，同时外面还包覆有隔热棉11，可以有效避免环绕线圈6被炉内高温灼伤，从而损坏环绕线圈6，导致环绕线圈6无法正常工作问题；通过设置宝塔接头12，通过宝塔接头12外接连管14，连管14连接冷却水源，通过一进一出宝塔接头12与连管14相连，使的环绕线圈6中通循环冷却水，及时将环绕线圈6中的热量带走，配合环绕线圈6外部涂层以及包覆隔热棉11，从以上三个方面避免环绕线圈6被炉内高温灼伤，从而损坏线圈问题；通过在环绕线圈6的导流通道13内部设置内管15，内管15与环形线圈的内表面之间注入有导热液体，同时通过宝塔接头12不断的向内管15的内部通循环的冷却水，使得环绕线圈6内部的热量快速导入导流液体的内部，然后再通过循环冷却水快速导出，由于内管15为环状波纹结构设计，有效的增加了内管15与导热液体和冷却水的接触面积，进而提高散热效果；由于内管15内表面长期通过冷却水，因冷却水温度升高，冷却水内部杂质很容易在内管15的内表面附着，进而影响内管15的正常导流功能，通过设置弹性垫16，使得内管15与导流通道13之间柔性连接，通过宝塔接头12的三通结构，交变方式向内管15外部与内部导入流体，使得内管15反复发生变形，促进内管15内表面附着杂质的脱落；通过在导流通道13的内部设置震动块17，当内管15变形时，内管15会与震动块17之间碰撞，促进内管15的震动，进一步提高对内管15内表面杂质的处理效果；通过设置接头管18，通过在接头管18的内部设置环形垫19，当需要将连管14与宝塔接头12连接时，传统的连接方式为直接将连管14套接于宝塔接头12上，为了提高连接的密封性，宝塔接头12的接口位置会有突出的环形凸台结构设计，使得连管14的连接位置直径扩大，但是由于连管14为弹性材料设计，需要将连管14与宝塔接头12连接和分离时，均较为困难，通过硬质的接头管18，工作人员可以直接手握接头管18进行插接以及拉拔分离，在不影响连接密封性的前提下，便于安装与拆卸；通过设置控制块20，由于通过交变方式导入流体，促进内管15内表面杂质的脱落，频繁交变导入流体会产生突变压力，很容易导致连接松动，进而对接头管18与宝塔接头12之间的连接稳定性要求更高，当接头管18与宝塔接头12插接时，锁块27自动导入锁槽24的内部，使得接头管18与宝塔接头12之间锁紧，保证连接效果，需要进行拆卸时，通过手动推动控制块20，通过控制块20停止挤压第一气囊22，使得滑槽25内部的气体导回第一气囊22内部，促进滑槽25内部的滑块26向着滑槽25的槽底移动，滑块26会通过连杆28带动锁块27转动，控制锁块27导出锁槽24，停止接头管18与宝塔接头12之间完全锁紧连接状态；通过设置环形块29，当接头管18与宝塔接头12连接时，接头管18会带动环形块29插入
插槽23，此时停止手动推动控制块20，弹簧21作用下，第一气囊22会受到控制块20的挤压，使得第一气囊22内部的气体导入第二气囊30，第二气囊30膨胀，进一步促进接头管18与宝塔接头12连接的密封性。
43.上述前、后、左、右、上、下均以说明书附图中的图1为基准，按照人物观察视角为标准，装置面对观察者的一面定义为前，观察者左侧定义为左，依次类推。
44.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
45.以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。