ZGD10kg 真空感應熔煉定(ding)向凝固(gu)爐技術條件

1 概述：

真空感應熔煉定向凝固爐是我所以真空感應熔煉爐為基礎研制開(kai)發的一(yi)種(zhong)用于獲(huo)得晶體材(cai)料(liao)的一(yi)種(zhong)現代化(hua)設備。

2 工作原理：

本(ben)(ben)設備利用中頻感應加熱進(jin)行熔化材料，然后將(jiang)熔融的(de)材料倒(dao)入特定(ding)形狀的(de)坩堝(guo)內，通(tong)過石墨電(dian)阻(zu)爐 (帶組合(he)屏) 加熱、保溫、控溫。然后使坩堝(guo)緩慢(man)下降(jiang)，通(tong)過一個溫度梯度較(jiao)大的(de)區域(yu)，讓結晶從坩堝(guo)底部(bu)開始，逐漸向上推移，進(jin)行晶體(ti)生長。本(ben)(ben)產品(pin)主要適(shi)用于生產堿鹵化物、光(guang)學晶體(ti)、閃(shan)爍晶體(ti)、激光(guang)晶體(ti)等。

3 主要技術指標：

3.1 坩堝容(rong)積： 5~10kg (鋼(gang))

3.2 設備總(zong)功率： 145kW

3.3 中(zhong)頻(pin)電源功率： 60kW

3.4 中頻(pin)工作電壓： 250V

3.5 中頻頻率： ＜4000Hz

3.6 輸入電壓：三相 380V

3.7 電阻爐總功率(lv)： 60kW

3.8 電(dian)阻(zu)爐(lu)工作電(dian)壓(ya)： ≤28V

3.9 電阻爐輸入電壓： 220V

3.10 力矩電(dian)機(ji)輸入電(dian)壓： 220V±10%

3.11 力矩電機(ji)速度設定： 0.5~500 轉/分

3.12 力矩電機電流設定(ding)： 0.10~1.70A

3.13 鑄模拉速范圍(wei)： 0.1~10mm/min (下降)

3.14 拉模行程： 50mm/min (回位)

3.15 拉模工作振動指標： 400 行程內(nei)振動小(xiao)于(yu) 0.05g 、擺動量小(xiao)于(yu) 20μ m

3.16 熔化周(zhou)期： 小(xiao)于 30min

3.17 極限真空度： 6.67×10-3

3.18 工作(zuo)真空度： 6.67×10-2

3.19 壓升率： 小于 3Pa/h

3.20 電(dian)阻(zu)爐溫(wen)度： 極(ji)限(xian) 1400℃ ￠90×400mm 均溫(wen)區內溫(wen)差±5℃

3.21 中頻熔煉溫(wen)度： 極限 1700℃

3.22 冷卻水壓： 0.15MPa — 0.3MPa

3.23 冷卻水流量： 9m3/h

3.24 設備總(zong)重量： 3.8t (視(shi)不同的中(zhong)頻(pin)電源略有變化)

4 結構性能和特點：

4.1 10kg 真空感(gan)應熔煉定向凝固(gu)爐(lu)的主要(yao)結構(gou)(gou)：爐(lu)體、爐(lu)蓋、提升機(ji)構(gou)(gou)、轉軸進電、線(xian)圈、保溫爐(lu)、托(tuo)錠機(ji)構(gou)(gou)、真空系統、液壓(ya)系統、氣(qi)動(dong)系統、視(shi)窗(chuang)機(ji)構(gou)(gou)、控溫系統等。

4.1.1 爐(lu)體(ti)、爐(lu)蓋：是(shi)組成(cheng)該類電(dian)爐(lu)的(de)真空容(rong)器，所有的(de)其它機構(gou)(gou)都附屬在(zai)爐(lu)體(ti)爐(lu)蓋上(shang)，爐(lu)體(ti)的(de)直徑為(wei) 800mm 立(li)式結(jie)構(gou)(gou)，爐(lu)蓋可(ke)提升轉(zhuan)動，均采(cai)用水(shui)冷夾壁結(jie)構(gou)(gou)，爐(lu)蓋采(cai)用三(san)圓弧結(jie)構(gou)(gou)。

4.12 提(ti)升機構：

提(ti)升機構(gou)為(wei)爐體、爐蓋的連接機構(gou)，通過提(ti)升機構(gou)，可將(jiang)爐蓋提(ti)升起來回轉，爐蓋提(ti)升為(wei)液壓驅(qu)動(dong)，電控操作。

4.13 轉(zhuan)軸進電系統(tong)與(yu)傾爐機構：

轉(zhuan)(zhuan)軸為水冷同軸式饋電(dian)方式，可以拆卸(xie)，進電(dian)系統(tong)由 0.1mm 單導(dao)線(xian)(xian)(xian)組成截面導(dao)線(xian)(xian)(xian)50mm2，共 20 根(gen)，制成母線(xian)(xian)(xian)與轉(zhuan)(zhuan)軸之間的(de)連線(xian)(xian)(xian)，比原來(lai)單用水冷電(dian)纜的(de)導(dao)線(xian)(xian)(xian)提高(gao)了5%以上效率，線(xian)(xian)(xian)路壓(ya)降不(bu)大(da)于(yu) 5V。這(zhe)樣結構既提高(gao)了效率，轉(zhuan)(zhuan)動起(qi)來(lai)也靈活、可靠。澆鑄傾(qing)爐(lu)為液壓(ya)轉(zhuan)(zhuan)動，手(shou)動操(cao)作(zuo)，能夠調節傾(qing)動速度，控制臺上設(she)有傾(qing)動操(cao)作(zuo)桿。

4.1.4 感應線(xian)圈(quan)：

感(gan)應線(xian)圈(quan)是(shi)由一種紫銅(tong)管制成的(de)(de)(de)(de)，匝與(yu)匝之(zhi)間(jian)有 3 — 4mm 的(de)(de)(de)(de)間(jian)隙，通過外(wai)圍(wei)的(de)(de)(de)(de)絕(jue)緣(yuan)板來固定(ding)位置，感(gan)應線(xian)圈(quan)和進出電(dian)極(ji)間(jian)是(shi)由螺母(mu)連接的(de)(de)(de)(de)，拆(chai)卸方便(bian)，既(ji)能保(bao)證(zheng)良好(hao)的(de)(de)(de)(de)導電(dian)性(xing)能，又(you)能保(bao)證(zheng)可靠的(de)(de)(de)(de)真空密封。由于(yu)本(ben)設備采(cai)用的(de)(de)(de)(de)是(shi)感(gan)應石墨加熱(re)方法，在(zai)線(xian)圈(quan)與(yu)石墨發熱(re)體之(zhi)間(jian)應有 20~30mm 保(bao)溫絕(jue)緣(yuan)材料，以(yi)免(mian)線(xian)圈(quan)短路，也(ye)防(fang)止了線(xian)圈(quan)直接受(shou)熱(re)輻射。從試驗結果(guo)來看，最 大線(xian)圈(quan)電(dian)壓不應大于(yu) 250V，以(yi)免(mian)引起(qi)放電(dian)。

4.15 保溫爐：

采用三(san)段(duan)(duan)電阻加(jia)熱(re)(re)，發(fa)熱(re)(re)元件為高純(chun)，高密度石墨，加(jia)熱(re)(re)器為圓形(xing)結構，有效溫(wen)(wen)(wen)區長(chang)400mm，熱(re)(re)區溫(wen)(wen)(wen)差±5℃。保(bao)溫(wen)(wen)(wen)采用兩層(ceng)(ceng)鉬屏，兩層(ceng)(ceng)不(bu)銹鋼屏，一層(ceng)(ceng)碳(tan)氈組成的組合屏結構，用隔離環和(he)支(zhi)撐桿連接。外殼采用δ 4mm 無磁(ci)不(bu)銹鋼，分為三(san)段(duan)(duan)，可調整(zheng)三(san)段(duan)(duan)發(fa)熱(re)(re)體的間隙，保(bao)溫(wen)(wen)(wen)爐(lu)工作溫(wen)(wen)(wen)度在(zai) 800~1300℃。該保(bao)溫(wen)(wen)(wen)爐(lu)利用可控(kong)硅調壓(ya)電源通過三(san)段(duan)(duan)石墨發(fa)熱(re)(re)體進(jin)(jin)行加(jia)熱(re)(re)，由(you) PAC16P 單(dan)相調壓(ya)調功/一體化(hua)智(zhi)能(neng)電力調整(zheng)器與 SR53 智(zhi)能(neng)溫(wen)(wen)(wen)度控(kong)制表進(jin)(jin)行溫(wen)(wen)(wen)度控(kong)制，自(zi)動(dong)升溫(wen)(wen)(wen)、降溫(wen)(wen)(wen)、恒溫(wen)(wen)(wen)。全過程(cheng)的微機操作系統(tong)可以對加(jia)熱(re)(re)功率、溫(wen)(wen)(wen)度、升降溫(wen)(wen)(wen)速度等工藝(yi)參數進(jin)(jin)行設置(zhi)和(he)修改(gai)，并可對采集的各類數據進(jin)(jin)行存儲、顯示，并打印(yin)各種工作狀態值(zhi)及曲線圖，以便對工藝(yi)進(jin)(jin)行研(yan)究分析。

另外(wai)，用坩(gan)堝下降法生長晶體(ti)，對(dui)于坩(gan)堝材料的選擇(ze)和形狀的設計，都有具體(ti)要求，由客(ke)戶自己(ji)掌握(wo)。

4.1.6 托錠機構：

托錠(ding)機構由(you)兩部分組成，出鋼機構、錠(ding)模升降。

4.1.6.1 出鋼機(ji)構為液壓驅動(dong)，液壓缸通(tong)過連接元件帶動(dong)上(shang)、下連在一起的兩塊滑板，使(shi)錠模(mo)升降機(ji)構做整體上(shang)、下移動(dong)，行程為 650mm，此導軌(gui)副為 D 級的滾珠直(zhi)線導軌(gui)副，傳(chuan)動(dong)定位準確、可靠。

4.1.6.2 錠模升降(jiang)機構：

此機構采用力(li)矩(ju)測速(su)機組加(jia)微型擺線減速(su)器帶動(dong)一(yi)根 D 級的(de)(de)滾珠絲桿(gan)，上升下(xia)降(jiang)(jiang)(jiang)坩(gan)(gan)(gan)堝(guo)(坩(gan)(gan)(gan)堝(guo)放置(zhi)在(zai)冷(leng)(leng)卻水的(de)(de)升降(jiang)(jiang)(jiang)托桿(gan)上)，水冷(leng)(leng)升降(jiang)(jiang)(jiang)托桿(gan)在(zai)爐體(ti)部分裝(zhuang)了(le)(le)一(yi)個盛有室溫為液態合金的(de)(de)水冷(leng)(leng)套，有效的(de)(de)阻(zu)擋了(le)(le)揮發物在(zai)水冷(leng)(leng)升降(jiang)(jiang)(jiang)托桿(gan)上的(de)(de)沉積，從而(er)降(jiang)(jiang)(jiang)低了(le)(le)傳動(dong)阻(zu)力(li)，杜(du)絕了(le)(le)由于沉積物過多，阻(zu)力(li)過大，致(zhi)使力(li)矩(ju)電機堵轉，中斷晶體(ti)生長的(de)(de)情(qing)況發生。坩(gan)(gan)(gan)堝(guo)的(de)(de)下(xia)降(jiang)(jiang)(jiang)速(su)度為 0.1—10mm/min，連續可調，傳動(dong)平穩、無噪音、無爬行，力(li)矩(ju)測速(su)機組的(de)(de)電源有計算機接口，可遠程控制晶體(ti)的(de)(de)生長速(su)率。

4.1.6.3 真(zhen)空系統：

為了能在整(zheng)個熔煉過程中，有(you)良好的工作真(zhen)空(kong)(kong)度，本設(she)備真(zhen)空(kong)(kong)機組配置為 KT—300 油擴(kuo)散泵(beng)一臺(tai)(tai)、ZJ—150 羅(luo)茨(ci)泵(beng)一臺(tai)(tai)、2X—70 機械泵(beng)一臺(tai)(tai)。真(zhen)空(kong)(kong)系統均有(you)氣(qi)(qi)動(dong)閥門來控(kong)制，閥門由￠300mm 氣(qi)(qi)動(dong)翻板閥、￠90mm 氣(qi)(qi)動(dong)蝶閥、￠

100mm 氣(qi)動(dong)(dong)蝶(die)閥、￠80mm 電磁(ci)放氣(qi)閥組(zu)成。所(suo)有閥門(men)均由壓縮空氣(qi)驅(qu)動(dong)(dong)，電氣(qi)開關操(cao)作(zuo)(zuo)，亦可(ke)手動(dong)(dong)操(cao)作(zuo)(zuo)，方(fang)便快捷，閥門(men)使用壽命(ming)長。

4.1.6.4 液壓系統：

主要滿足爐蓋(gai)的(de)提(ti)升(sheng)，坩堝傾轉，托錠機構上升(sheng)、下降等動(dong)(dong)(dong)力驅動(dong)(dong)(dong)，爐蓋(gai)提(ti)升(sheng)、托錠機構提(ti)升(sheng)可調速，同(tong)時設有液壓(ya)鎖，保證其動(dong)(dong)(dong)作安全可靠(kao)，傾爐采(cai)用我所設計開發(fa)的(de)手動(dong)(dong)(dong)液壓(ya)比例(li)閥，以便控制(zhi)澆注速度。

4.1.6.5 氣動系統(tong)：

所有閥門均為(wei)氣動驅動，操作為(wei)電動、手動操作。

4.1.6.6 視(shi)窗機構：

在爐蓋(gai)上(shang)安有(you)視窗(chuang)機構(gou)，三個(ge)觀察(cha)孔，均為(wei)雙層石英玻(bo)(bo)(bo)(bo)璃(li)，另有(you)一組隔(ge)熱屏，其上(shang)有(you)銅(tong)刷，由(you)一臺(tai)微(wei)型電機驅動(dong)，電機轉動(dong)時可觀察(cha)爐內的情況，并可有(you)效的防止金屬(shu)蒸氣對(dui)玻(bo)(bo)(bo)(bo)璃(li)的污染，同時利用銅(tong)刷隨時清除附(fu)著玻(bo)(bo)(bo)(bo)璃(li)上(shang)的臟物，如玻(bo)(bo)(bo)(bo)璃(li)損壞，亦可以方(fang)便調換。其中一個(ge)觀察(cha)孔，制成水(shui)冷(leng)觀察(cha)孔，以便用戶配(pei)置(zhi)電視攝象(xiang)(xiang)機時，保護攝象(xiang)(xiang)頭。一個(ge)為(wei)用戶配(pei)紅外測溫裝置(zhi)時用，另一個(ge)可讓操作者直接觀察(cha)。

4.1.6.7 測溫裝置：

在爐(lu)體上(shang)有(you)一組、爐(lu)底有(you)三(san)組測(ce)溫(wen)(wen)裝(zhuang)(zhuang)置，裝(zhuang)(zhuang)上(shang) WRE5/26 熱電(dian)偶(ou)和(he)保(bao)護(hu)管，可分(fen)別實現(xian)對熔煉爐(lu)和(he)保(bao)溫(wen)(wen)爐(lu)的(de)連續(xu)在線(xian)測(ce)溫(wen)(wen)，由普通測(ce)溫(wen)(wen)表可直接讀出溫(wen)(wen)度數值。保(bao)溫(wen)(wen)爐(lu)上(shang)另裝(zhuang)(zhuang)有(you)三(san)組 WRE5/26 熱電(dian)偶(ou)，配三(san)塊 SR53 智(zhi)能(neng)溫(wen)(wen)度控(kong)(kong)制(zhi)表，可實現(xian)在線(xian)連續(xu)測(ce)溫(wen)(wen)控(kong)(kong)溫(wen)(wen)，配有(you)計算(suan)機接口，具備(bei)溫(wen)(wen)度——功率(lv)閉環控(kong)(kong)制(zhi)，升溫(wen)(wen)、恒(heng)溫(wen)(wen)自動控(kong)(kong)制(zhi)，工(gong)藝溫(wen)(wen)度在線(xian)存儲(chu)功能(neng)。

爐體(ti)上設有氣動充放氣閥(fa)一件，滿足用戶(hu)對爐體(ti)放氣，充保(bao)護(hu)性氣體(ti)的要求，在爐體(ti)上另設有備用接(jie)口(kou)一對。