下開蓋式長晶爐的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供了下開蓋式長晶爐，包括爐殼、下蓋，爐殼設(shè)有朝下的下開口、下蓋配合下開口設(shè)置，爐殼內(nèi)設(shè)有加熱器，加熱器與爐殼之間設(shè)有隔熱層，加熱器內(nèi)設(shè)有坩堝，下蓋與坩堝之間設(shè)有熱交換器，熱交換器位于坩堝底部放置晶籽的位置。本實(shí)用新型的裝卸料動作可以在地面上完成。裝料時只要把爐體下蓋下降，把坩堝和籽晶搬到下蓋上，操作極為方便，此外晶體長成后的卸料也相當(dāng)方便。
【專利說明】下開蓋式長晶爐

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及藍(lán)寶石加工領(lǐng)域，具體涉及下開蓋式長晶爐。

【背景技術(shù)】
[0002]目前藍(lán)寶石晶體的生產(chǎn)工藝之一是采用熱交換法來生長晶體。其原理是在真空爐的底部增加了一個鎢鑰材料制成的熱交換器，內(nèi)部有氦氣循環(huán)流動，裝有原料的坩堝在交換器的上面，籽晶安放在坩堝底部正中心，當(dāng)坩堝內(nèi)原料經(jīng)加熱熔化，而底部的籽晶由氦氣保護(hù)不會熔化，當(dāng)氦氣流量不斷加大，從而帶走的熱量也逐步增加，促使籽晶慢慢長大，最后完全凝固。
[0003]目前國內(nèi)外的熱交換法長晶爐都是采用的上開蓋式的長晶爐，具體地說就是這種長晶爐的整個裝卸料的操作都是從長晶爐的頂部完成，每次裝料都必須把坩堝、籽晶以及一些操作工具搬運(yùn)到長晶爐的工作平臺(2米左右的高度)上，打開長晶爐的爐蓋后再把裝有原料的坩堝從上方放入爐內(nèi)，這樣就大大增加了勞動強(qiáng)度。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型的目的是提供下開蓋式長晶爐，解決上述現(xiàn)有技術(shù)問題中的一個或者多個。
[0005]根據(jù)本實(shí)用新型的一個方面，提供下開蓋式長晶爐，包括爐殼、下蓋，爐殼設(shè)有朝下的下開口、下蓋配合下開口設(shè)置，爐殼內(nèi)設(shè)有加熱器，加熱器與爐殼之間設(shè)有隔熱層，力口熱器內(nèi)設(shè)有坩堝，下蓋與坩堝之間設(shè)有熱交換器，熱交換器位于坩堝底部放置晶籽的位置。
[0006]本實(shí)用新型提供了一種下開蓋式長晶爐，這樣一切的裝卸料動作就可以在地面上完成。裝料時只要把爐體下蓋下降，把坩堝和籽晶搬到下蓋上，操作極為方便，此外晶體長成后的卸料也相當(dāng)方便。
[0007]在一些實(shí)施方式中，本實(shí)用新型還包括升降裝置，升降裝置包括支架、可轉(zhuǎn)動設(shè)置于支架的絲桿、帶動絲桿轉(zhuǎn)動的動力裝置，下蓋固定有螺套，螺套設(shè)有配合絲桿的內(nèi)螺紋，螺套套設(shè)絲桿。
[0008]本實(shí)用新型還提供的裝卸下蓋的升降裝置，裝置簡單容易實(shí)施。
[0009]在一些實(shí)施方式中，絲桿的數(shù)目為多個，下蓋設(shè)有與絲桿一一對應(yīng)的多個螺套。多個絲桿同步運(yùn)作，可增加裝置的平穩(wěn)性。
[0010]在一些實(shí)施方式中，本實(shí)用新型還包括齒輪副，動力裝置通過齒輪副帶動絲桿。
[0011]在一些實(shí)施方式中，齒輪副為包括固定于絲桿的蝸輪和連接動力裝置輸出軸的蝸桿。
[0012]在一些實(shí)施方式中，還包括軟軸，動力裝置的數(shù)目為1，動力裝置的輸出軸連接多個齒輪副中的一個齒輪副的蝸桿的一端，蝸桿的另一端與其他齒輪副順次通過軟軸連接。
[0013]本實(shí)用新型通過單個動力裝置提供轉(zhuǎn)矩，保證每個絲桿的角速度相同，進(jìn)而保證多個絲桿的同步上升或者下降。
[0014]在一些實(shí)施方式中，支架設(shè)有滑套，絲桿設(shè)有配合滑套的滑動軸，滑動軸插裝滑套并保持可以轉(zhuǎn)動。
[0015]在一些實(shí)施方式中，還包括聯(lián)軸器，聯(lián)軸器設(shè)置于動力裝置或軟軸與蝸桿之間。
[0016]在一些實(shí)施方式中，熱交換器包括設(shè)置于下蓋外部的冷卻介質(zhì)進(jìn)口和冷卻介質(zhì)出口、設(shè)置于坩堝底部放置晶籽位置的換熱腔、連通冷卻介質(zhì)進(jìn)口至換熱腔的進(jìn)氣通道、連通換熱腔至冷卻介質(zhì)出口的出氣通道。
[0017]在一些實(shí)施方式中，進(jìn)氣通道插裝于出氣通道。節(jié)約材料，并充分利用冷卻介質(zhì)的冷量。防止冷量消耗于隔熱層。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為本實(shí)用新型提供的一種實(shí)施方式的下開蓋式長晶爐的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2為圖1示出的下開蓋式長晶爐的A處放大圖；
[0020]圖3為圖1示出的下開蓋式長晶爐的B處放大圖；
[0021]圖4為本實(shí)用新型提供的一種實(shí)施方式的下開蓋式長晶爐的升降裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖5為圖4示出的升降裝置去掉支架部分的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合說明書附圖，對本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0024]如圖1所示，本實(shí)用新型提供了下開蓋式長晶爐，包括爐殼1、下蓋2，爐殼I設(shè)有朝下的下開口 U，下蓋2配合下開口 11設(shè)置，達(dá)到下蓋2與下開口 11的大小和位置相匹配。爐殼I內(nèi)周向設(shè)有環(huán)狀的加熱器4,加熱器4外周向一體設(shè)置有三個電極，電極伸出爐殼I保持可通電狀態(tài)，進(jìn)而達(dá)到固定于爐殼I的功效。加熱器4與爐殼I之間填有隔熱層5，環(huán)狀的加熱器4內(nèi)設(shè)有坩堝6，坩堝6放置于下蓋2，下蓋2與坩堝6之間安裝有熱交換器7，熱交換器7位于坩堝6底部放置晶籽的位置。本實(shí)施例中加熱器4優(yōu)選石墨加熱器。
[0025]本實(shí)用新型提供了一種下開蓋式長晶爐，這樣一切的裝卸料動作就可以在地面上完成。裝料時只要把爐體下蓋2取出與其配合的下開口 11的位置，把坩堝6和籽晶搬到下蓋2上，操作極為方便，此外晶體長成后的卸料也相應(yīng)更為方便。
[0026]本實(shí)用新型還包括一種升降裝置3，如圖4、5所示，升降裝置3包括支架31、可轉(zhuǎn)動設(shè)置于支架31的絲桿32、帶動絲桿32轉(zhuǎn)動的動力裝置33，下蓋2固定有螺套34，螺套34設(shè)有配合絲桿32的內(nèi)螺紋，螺套34套設(shè)絲桿32。
[0027]支架31焊接有滑套36，絲桿32焊接有配合滑套36的滑動軸37，滑動軸37插裝滑套36并保持可以轉(zhuǎn)動。
[0028]本實(shí)用新型提供的一種下開蓋式長晶爐的一些實(shí)施例中還包括用于裝卸下蓋2的升降裝置3，裝置簡單容易實(shí)施。
[0029]本實(shí)施例中，絲桿32的數(shù)目為3個，下蓋2焊接有與絲桿32——對應(yīng)的3個螺套34。此外，本實(shí)用新型還包括齒輪副，動力裝置33通過齒輪副帶動絲桿32。作為優(yōu)選，本實(shí)施例的齒輪副采用蝸輪蝸桿，蝸輪螺栓連接于絲桿32，蝸桿通過聯(lián)軸器38連接動力裝置33的輸出軸。
[0030]根據(jù)三點(diǎn)支持一個面，三個絲桿32同步運(yùn)作，可增加裝置的平穩(wěn)性。作為進(jìn)一步優(yōu)化，三個絲桿32應(yīng)當(dāng)在下蓋2的外周向均布。
[0031]在具有軟軸35的情況下，本實(shí)施例采用一個動力裝置33帶動多個絲桿32，動力裝置33的輸出軸連接多個齒輪副中的一個齒輪副的蝸桿的一端，蝸桿的另一端與其他齒輪副順次通過軟軸35串接，軟軸35與蝸桿之間具有聯(lián)軸器38。本實(shí)用新型通過單個動力裝置33提供轉(zhuǎn)矩，保證每個絲桿32的角速度相同，進(jìn)而保證多個絲桿32的同步上升或者下降。
[0032]本實(shí)施例中，如圖2、3所示，熱交換器7包括開設(shè)于下蓋2外部的冷卻介質(zhì)進(jìn)口 71和冷卻介質(zhì)出口 72、設(shè)置于坩堝6底部放置晶籽位置的換熱腔73、連通冷卻介質(zhì)進(jìn)口 71至換熱腔73的進(jìn)氣通道74、連通換熱腔73至冷卻介質(zhì)出口 72的出氣通道75。
[0033]本實(shí)用新型提供的熱交換器7可以很方便地從下蓋2外部向晶籽放置位置通入冷卻介質(zhì)，并可以通過調(diào)節(jié)冷卻介質(zhì)的流量，調(diào)節(jié)坩堝內(nèi)溫度梯度的分布，方便工藝的優(yōu)化。
[0034]本實(shí)施例中，進(jìn)氣通道74插裝于出氣通道75。節(jié)約材料，并充分利用冷卻介質(zhì)的冷量。防止冷量消耗于隔熱層5。
[0035]本長晶爐，包括真空電阻爐，在真空電阻爐的底部設(shè)置一個熱交換器，熱交換器內(nèi)具有與用于通入冷卻介質(zhì)的冷卻介質(zhì)流通；用于通入冷卻氣體的冷卻氣體管伸入到真空電阻爐的底部；坩堝置于熱交換器的頂端，坩堝底部中心與熱交換器頂端中心相重合。
[0036]本實(shí)用新型提供的下開蓋式長晶爐在使用時，把籽晶和需要熔化藍(lán)寶石原料置于坩堝6內(nèi)，其中籽晶要放在坩堝底部的中心處。當(dāng)加熱器4開始升溫，坩堝內(nèi)的原料被加熱熔化的同時，使冷卻介質(zhì)流經(jīng)熱交換器7的換熱腔73，通過換熱腔73對籽晶冷卻，使籽晶不會熔化。當(dāng)冷卻介質(zhì)流量逐漸加大后，則從熔體帶走的熱量亦相應(yīng)增加，使籽晶逐漸長大。
[0037]本實(shí)用新型采用下開蓋式，裝料時，開動動力裝置33，動力裝置33通過聯(lián)軸器38、軟軸35、齒輪副帶動多個絲桿32同步轉(zhuǎn)動，套設(shè)絲桿32的螺套34順著螺紋同步下降，進(jìn)而完成下蓋2的下降操作，方便了坩堝6與籽晶搬到下蓋2上的操作，完成裝料后，開動動力裝置33并保持動力裝置33的轉(zhuǎn)動方向與上述的轉(zhuǎn)動方向相反，即可達(dá)到上升下蓋2并將下蓋2合于爐殼I的下開口 11。同樣，晶體長成后的卸料也相應(yīng)更為方便。本實(shí)用新型提供的下開蓋式長晶爐避免了上開蓋式的長晶爐的裝卸料麻煩；晶體生長時，坩堝、晶體和加熱區(qū)都不移動，這就消除了由于機(jī)械運(yùn)動而產(chǎn)生的熔體渦流，調(diào)節(jié)冷卻氣體的流量就可控制長晶爐內(nèi)的溫度，使得晶體生長在溫度梯度場中進(jìn)行，抑制了熔體的渦流和對流，可以消除固液界面上溫度和濃度的波動，以避免晶體造成過多的缺陷。
[0038]此外，剛生長出來的晶體被熔體所包圍，本實(shí)用新型提供的熱交換器7可以很方便地控制冷卻速率，已減少晶體的熱應(yīng)力及由此產(chǎn)生的開裂和位錯等缺陷。同時，也可以長出與坩堝形狀和尺寸相仿的單晶。
[0039]需要指出的是，本實(shí)施例采用的動力裝置33是單個電機(jī)；當(dāng)然，在本實(shí)用新型的立意內(nèi)，還可以采用多個同步電機(jī)一一驅(qū)動絲桿32的方式。這些也應(yīng)當(dāng)屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
[0040]還需要指出的是，本實(shí)施例采用蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)，在本實(shí)用新型的立意內(nèi)，采用其他交錯齒輪副也應(yīng)當(dāng)屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
[0041]還應(yīng)當(dāng)指出，本實(shí)用新型的實(shí)施例給出了插裝于下蓋2的熱交換器7，但本實(shí)用新型中的熱交換器7以能夠?yàn)檑釄?底部放置晶籽的位置提供熱交換為準(zhǔn)，并不對熱交換器7的形狀具有限制，也就對熱交換器7的安裝方式不具限制。
[0042]以上表述僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選方式，應(yīng)當(dāng)指出，對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型創(chuàng)造構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.下開蓋式長晶爐，其特征在于，包括爐殼(I)、下蓋(2)，爐殼(I)設(shè)有朝下的下開口(11)，所述下蓋(2)配合下開口(11)設(shè)置，所述爐殼(I)內(nèi)設(shè)有加熱器(4)，所述加熱器(4)與所述爐殼⑴之間設(shè)有隔熱層(5)，所述加熱器⑷內(nèi)設(shè)有坩堝(6)，所述下蓋⑵與所述坩堝(6)之間設(shè)有熱交換器(7)，所述熱交換器(7)位于所述坩堝(6)底部放置晶籽的位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的下開蓋式長晶爐，其特征在于，還包括升降裝置(3)，所述升降裝置(3)包括支架(31)、可轉(zhuǎn)動設(shè)置于所述支架(31)的絲桿(32)、帶動所述絲桿(32)轉(zhuǎn)動的動力裝置(33)，所述下蓋(2)固定有螺套(34)，所述螺套(34)設(shè)有配合所述絲桿(32)的內(nèi)螺紋，所述螺套(34)套設(shè)所述絲桿(32)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的下開蓋式長晶爐，其特征在于，所述絲桿(32)的數(shù)目為多個，所述下蓋(2)設(shè)有與所述絲桿(32) —一對應(yīng)的多個螺套(34)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的下開蓋式長晶爐，其特征在于，還包括齒輪副，所述動力裝置(33)通過所述齒輪副帶動所述絲桿(32)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的下開蓋式長晶爐，其特征在于，所述齒輪副為包括固定于所述絲桿(32)的蝸輪和連接所述動力裝置(33)輸出軸的蝸桿。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的下開蓋式長晶爐，其特征在于，還包括軟軸(35)，所述動力裝置(33)的數(shù)目為1，所述動力裝置(33)的輸出軸連接多個所述齒輪副中的一個齒輪副的蝸桿的一端，所述蝸桿的另一端與其他齒輪副順次通過軟軸(35)連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的下開蓋式長晶爐，其特征在于，所述支架(31)設(shè)有滑套(36)，所述絲桿(32)設(shè)有配合所述滑套(36)的滑動軸(37)，所述滑動軸(37)插裝所述滑套(36)并保持可以轉(zhuǎn)動。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的下開蓋式長晶爐，其特征在于，還包括聯(lián)軸器(38)，所述聯(lián)軸器(38)設(shè)置于所述動力裝置(33)或軟軸(35)與蝸桿之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的下開蓋式長晶爐，其特征在于，所述熱交換器(7)包括設(shè)置于所述下蓋(2)外部的冷卻介質(zhì)進(jìn)口(71)和冷卻介質(zhì)出口(72)、設(shè)置于所述坩堝(6)底部放置晶籽位置的換熱腔(73)、連通所述冷卻介質(zhì)進(jìn)口(71)至所述換熱腔(73)的進(jìn)氣通道(74)、連通所述換熱腔(73)至冷卻介質(zhì)出口(72)的出氣通道(75)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的下開蓋式長晶爐，其特征在于，所述進(jìn)氣通道(74)插裝于所述出氣通道(75)。
【文檔編號】C30B29/20GK203960389SQ201420373701
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年7月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月4日
【發(fā)明者】王央文, 楊宏偉 申請人:江蘇陽帆機(jī)電設(shè)備制造有限公司