下开盖式长晶炉的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供了下开盖式长晶炉，包括炉壳、下盖，炉壳设有朝下的下开口、下盖配合下开口设置，炉壳内设有加热器，加热器与炉壳之间设有隔热层，加热器内设有坩埚，下盖与坩埚之间设有热交换器，热交换器位于坩埚底部放置晶籽的位置。本实用新型的装卸料动作可以在地面上完成。装料时只要把炉体下盖下降，把坩埚和籽晶搬到下盖上，操作极为方便，此外晶体长成后的卸料也相当方便。
【专利说明】下开盖式长晶炉
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及蓝宝石加工领域，具体涉及下开盖式长晶炉。
【背景技术】
[0002]目前蓝宝石晶体的生产工艺之一是采用热交换法来生长晶体。其原理是在真空炉的底部增加了一个钨钥材料制成的热交换器，内部有氦气循环流动，装有原料的坩埚在交换器的上面，籽晶安放在坩埚底部正中心，当坩埚内原料经加热熔化，而底部的籽晶由氦气保护不会熔化，当氦气流量不断加大，从而带走的热量也逐步增加，促使籽晶慢慢长大，最后完全凝固。
[0003]目前国内外的热交换法长晶炉都是采用的上开盖式的长晶炉，具体地说就是这种长晶炉的整个装卸料的操作都是从长晶炉的顶部完成，每次装料都必须把坩埚、籽晶以及一些操作工具搬运到长晶炉的工作平台(2米左右的高度)上，打开长晶炉的炉盖后再把装有原料的坩埚从上方放入炉内，这样就大大增加了劳动强度。
实用新型内容
[0004]本实用新型的目的是提供下开盖式长晶炉，解决上述现有技术问题中的一个或者多个。
[0005]根据本实用新型的一个方面，提供下开盖式长晶炉，包括炉壳、下盖，炉壳设有朝下的下开口、下盖配合下开口设置，炉壳内设有加热器，加热器与炉壳之间设有隔热层，力口热器内设有坩埚，下盖与坩埚之间设有热交换器，热交换器位于坩埚底部放置晶籽的位置。
[0006]本实用新型提供了一种下开盖式长晶炉，这样一切的装卸料动作就可以在地面上完成。装料时只要把炉体下盖下降，把坩埚和籽晶搬到下盖上，操作极为方便，此外晶体长成后的卸料也相当方便。
[0007]在一些实施方式中，本实用新型还包括升降装置，升降装置包括支架、可转动设置于支架的丝杆、带动丝杆转动的动力装置，下盖固定有螺套，螺套设有配合丝杆的内螺纹，螺套套设丝杆。
[0008]本实用新型还提供的装卸下盖的升降装置，装置简单容易实施。
[0009]在一些实施方式中，丝杆的数目为多个，下盖设有与丝杆一一对应的多个螺套。多个丝杆同步运作，可增加装置的平稳性。
[0010]在一些实施方式中，本实用新型还包括齿轮副，动力装置通过齿轮副带动丝杆。
[0011]在一些实施方式中，齿轮副为包括固定于丝杆的蜗轮和连接动力装置输出轴的蜗杆。
[0012]在一些实施方式中，还包括软轴，动力装置的数目为1，动力装置的输出轴连接多个齿轮副中的一个齿轮副的蜗杆的一端，蜗杆的另一端与其他齿轮副顺次通过软轴连接。
[0013]本实用新型通过单个动力装置提供转矩，保证每个丝杆的角速度相同，进而保证多个丝杆的同步上升或者下降。
[0014]在一些实施方式中，支架设有滑套，丝杆设有配合滑套的滑动轴，滑动轴插装滑套并保持可以转动。
[0015]在一些实施方式中，还包括联轴器，联轴器设置于动力装置或软轴与蜗杆之间。
[0016]在一些实施方式中，热交换器包括设置于下盖外部的冷却介质进口和冷却介质出口、设置于坩埚底部放置晶籽位置的换热腔、连通冷却介质进口至换热腔的进气通道、连通换热腔至冷却介质出口的出气通道。
[0017]在一些实施方式中，进气通道插装于出气通道。节约材料，并充分利用冷却介质的冷量。防止冷量消耗于隔热层。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1为本实用新型提供的一种实施方式的下开盖式长晶炉的结构示意图；
[0019]图2为图1示出的下开盖式长晶炉的A处放大图；
[0020]图3为图1示出的下开盖式长晶炉的B处放大图；
[0021]图4为本实用新型提供的一种实施方式的下开盖式长晶炉的升降装置的结构示意图；
[0022]图5为图4示出的升降装置去掉支架部分的结构示意图。
【具体实施方式】
[0023]下面结合说明书附图，对本实用新型进行进一步详细的说明。
[0024]如图1所示，本实用新型提供了下开盖式长晶炉，包括炉壳1、下盖2，炉壳I设有朝下的下开口 U，下盖2配合下开口 11设置，达到下盖2与下开口 11的大小和位置相匹配。炉壳I内周向设有环状的加热器4,加热器4外周向一体设置有三个电极，电极伸出炉壳I保持可通电状态，进而达到固定于炉壳I的功效。加热器4与炉壳I之间填有隔热层5，环状的加热器4内设有坩埚6，坩埚6放置于下盖2，下盖2与坩埚6之间安装有热交换器7，热交换器7位于坩埚6底部放置晶籽的位置。本实施例中加热器4优选石墨加热器。
[0025]本实用新型提供了一种下开盖式长晶炉，这样一切的装卸料动作就可以在地面上完成。装料时只要把炉体下盖2取出与其配合的下开口 11的位置，把坩埚6和籽晶搬到下盖2上，操作极为方便，此外晶体长成后的卸料也相应更为方便。
[0026]本实用新型还包括一种升降装置3，如图4、5所示，升降装置3包括支架31、可转动设置于支架31的丝杆32、带动丝杆32转动的动力装置33，下盖2固定有螺套34，螺套34设有配合丝杆32的内螺纹，螺套34套设丝杆32。
[0027]支架31焊接有滑套36，丝杆32焊接有配合滑套36的滑动轴37，滑动轴37插装滑套36并保持可以转动。
[0028]本实用新型提供的一种下开盖式长晶炉的一些实施例中还包括用于装卸下盖2的升降装置3，装置简单容易实施。
[0029]本实施例中，丝杆32的数目为3个，下盖2焊接有与丝杆32——对应的3个螺套34。此外，本实用新型还包括齿轮副，动力装置33通过齿轮副带动丝杆32。作为优选，本实施例的齿轮副采用蜗轮蜗杆，蜗轮螺栓连接于丝杆32，蜗杆通过联轴器38连接动力装置33的输出轴。
[0030]根据三点支持一个面，三个丝杆32同步运作，可增加装置的平稳性。作为进一步优化，三个丝杆32应当在下盖2的外周向均布。
[0031]在具有软轴35的情况下，本实施例采用一个动力装置33带动多个丝杆32，动力装置33的输出轴连接多个齿轮副中的一个齿轮副的蜗杆的一端，蜗杆的另一端与其他齿轮副顺次通过软轴35串接，软轴35与蜗杆之间具有联轴器38。本实用新型通过单个动力装置33提供转矩，保证每个丝杆32的角速度相同，进而保证多个丝杆32的同步上升或者下降。
[0032]本实施例中，如图2、3所示，热交换器7包括开设于下盖2外部的冷却介质进口 71和冷却介质出口 72、设置于坩埚6底部放置晶籽位置的换热腔73、连通冷却介质进口 71至换热腔73的进气通道74、连通换热腔73至冷却介质出口 72的出气通道75。
[0033]本实用新型提供的热交换器7可以很方便地从下盖2外部向晶籽放置位置通入冷却介质，并可以通过调节冷却介质的流量，调节坩埚内温度梯度的分布，方便工艺的优化。
[0034]本实施例中，进气通道74插装于出气通道75。节约材料，并充分利用冷却介质的冷量。防止冷量消耗于隔热层5。
[0035]本长晶炉，包括真空电阻炉，在真空电阻炉的底部设置一个热交换器，热交换器内具有与用于通入冷却介质的冷却介质流通；用于通入冷却气体的冷却气体管伸入到真空电阻炉的底部；坩埚置于热交换器的顶端，坩埚底部中心与热交换器顶端中心相重合。
[0036]本实用新型提供的下开盖式长晶炉在使用时，把籽晶和需要熔化蓝宝石原料置于坩埚6内，其中籽晶要放在坩埚底部的中心处。当加热器4开始升温，坩埚内的原料被加热熔化的同时，使冷却介质流经热交换器7的换热腔73，通过换热腔73对籽晶冷却，使籽晶不会熔化。当冷却介质流量逐渐加大后，则从熔体带走的热量亦相应增加，使籽晶逐渐长大。
[0037]本实用新型采用下开盖式，装料时，开动动力装置33，动力装置33通过联轴器38、软轴35、齿轮副带动多个丝杆32同步转动，套设丝杆32的螺套34顺着螺纹同步下降，进而完成下盖2的下降操作，方便了坩埚6与籽晶搬到下盖2上的操作，完成装料后，开动动力装置33并保持动力装置33的转动方向与上述的转动方向相反，即可达到上升下盖2并将下盖2合于炉壳I的下开口 11。同样，晶体长成后的卸料也相应更为方便。本实用新型提供的下开盖式长晶炉避免了上开盖式的长晶炉的装卸料麻烦；晶体生长时，坩埚、晶体和加热区都不移动，这就消除了由于机械运动而产生的熔体涡流，调节冷却气体的流量就可控制长晶炉内的温度，使得晶体生长在温度梯度场中进行，抑制了熔体的涡流和对流，可以消除固液界面上温度和浓度的波动，以避免晶体造成过多的缺陷。
[0038]此外，刚生长出来的晶体被熔体所包围，本实用新型提供的热交换器7可以很方便地控制冷却速率，已减少晶体的热应力及由此产生的开裂和位错等缺陷。同时，也可以长出与坩埚形状和尺寸相仿的单晶。
[0039]需要指出的是，本实施例采用的动力装置33是单个电机；当然，在本实用新型的立意内，还可以采用多个同步电机一一驱动丝杆32的方式。这些也应当属于本实用新型的保护范围之内。
[0040]还需要指出的是，本实施例采用蜗轮蜗杆机构，在本实用新型的立意内，采用其他交错齿轮副也应当属于本实用新型的保护范围之内。
[0041]还应当指出，本实用新型的实施例给出了插装于下盖2的热交换器7，但本实用新型中的热交换器7以能够为坩埚6底部放置晶籽的位置提供热交换为准，并不对热交换器7的形状具有限制，也就对热交换器7的安装方式不具限制。
[0042]以上表述仅为本实用新型的优选方式，应当指出，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些也应视为本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.下开盖式长晶炉，其特征在于，包括炉壳(I)、下盖(2)，炉壳(I)设有朝下的下开口(11)，所述下盖(2)配合下开口(11)设置，所述炉壳(I)内设有加热器(4)，所述加热器(4)与所述炉壳⑴之间设有隔热层(5)，所述加热器⑷内设有坩埚(6)，所述下盖⑵与所述坩埚(6)之间设有热交换器(7)，所述热交换器(7)位于所述坩埚(6)底部放置晶籽的位置。
2.根据权利要求1所述的下开盖式长晶炉，其特征在于，还包括升降装置(3)，所述升降装置(3)包括支架(31)、可转动设置于所述支架(31)的丝杆(32)、带动所述丝杆(32)转动的动力装置(33)，所述下盖(2)固定有螺套(34)，所述螺套(34)设有配合所述丝杆(32)的内螺纹，所述螺套(34)套设所述丝杆(32)。
3.根据权利要求2所述的下开盖式长晶炉，其特征在于，所述丝杆(32)的数目为多个，所述下盖(2)设有与所述丝杆(32) —一对应的多个螺套(34)。
4.根据权利要求3所述的下开盖式长晶炉，其特征在于，还包括齿轮副，所述动力装置(33)通过所述齿轮副带动所述丝杆(32)。
5.根据权利要求4所述的下开盖式长晶炉，其特征在于，所述齿轮副为包括固定于所述丝杆(32)的蜗轮和连接所述动力装置(33)输出轴的蜗杆。
6.根据权利要求5所述的下开盖式长晶炉，其特征在于，还包括软轴(35)，所述动力装置(33)的数目为1，所述动力装置(33)的输出轴连接多个所述齿轮副中的一个齿轮副的蜗杆的一端，所述蜗杆的另一端与其他齿轮副顺次通过软轴(35)连接。
7.根据权利要求6所述的下开盖式长晶炉，其特征在于，所述支架(31)设有滑套(36)，所述丝杆(32)设有配合所述滑套(36)的滑动轴(37)，所述滑动轴(37)插装所述滑套(36)并保持可以转动。
8.根据权利要求7所述的下开盖式长晶炉，其特征在于，还包括联轴器(38)，所述联轴器(38)设置于所述动力装置(33)或软轴(35)与蜗杆之间。
9.根据权利要求1所述的下开盖式长晶炉，其特征在于，所述热交换器(7)包括设置于所述下盖(2)外部的冷却介质进口(71)和冷却介质出口(72)、设置于所述坩埚(6)底部放置晶籽位置的换热腔(73)、连通所述冷却介质进口(71)至所述换热腔(73)的进气通道(74)、连通所述换热腔(73)至冷却介质出口(72)的出气通道(75)。
10.根据权利要求9所述的下开盖式长晶炉，其特征在于，所述进气通道(74)插装于所述出气通道(75)。
【文档编号】C30B29/20GK203960389SQ201420373701
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2014年7月4日 优先权日:2014年7月4日
【发明者】王央文, 杨宏伟 申请人:江苏阳帆机电设备制造有限公司