ZGD10kg 真空感應熔(rong)煉定向凝(ning)固爐技(ji)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(wei)基礎研(yan)制開發的(de)一種用于獲(huo)得晶體(ti)材(cai)料的(de)一種現(xian)代化設(she)備(bei)。

2 工作原理：

本(ben)設備利用中頻感應加(jia)熱進(jin)行熔化材料，然后將熔融的(de)材料倒入特定形狀的(de)坩堝(guo)(guo)內，通過(guo)石墨(mo)電阻爐 (帶(dai)組(zu)合屏(ping)) 加(jia)熱、保溫、控溫。然后使坩堝(guo)(guo)緩慢下降，通過(guo)一個溫度梯度較(jiao)大的(de)區域，讓結晶從坩堝(guo)(guo)底(di)部開(kai)始，逐(zhu)漸向(xiang)上推移，進(jin)行晶體生長(chang)。本(ben)產(chan)品(pin)主要適用于生產(chan)堿(jian)鹵化物、光學晶體、閃爍晶體、激(ji)光晶體等。

3 主要技術指標：

3.1 坩堝容(rong)積： 5~10kg (鋼)

3.2 設備總功率： 145kW

3.3 中(zhong)頻(pin)電源功率： 60kW

3.4 中頻(pin)工(gong)作電壓： 250V

3.5 中頻頻率： ＜4000Hz

3.6 輸入電壓：三相 380V

3.7 電阻(zu)爐(lu)總功率： 60kW

3.8 電(dian)阻爐工作電(dian)壓： ≤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(ju)電機(ji)速度設(she)定： 0.5~500 轉/分

3.12 力矩電(dian)機電(dian)流設定： 0.10~1.70A

3.13 鑄(zhu)模拉速范(fan)圍： 0.1~10mm/min (下降(jiang))

3.14 拉模行程(cheng)： 50mm/min (回位)

3.15 拉模工作振動指標： 400 行(xing)程內(nei)振動小于 0.05g 、擺動量小于 20μ m

3.16 熔化周期： 小于(yu) 30min

3.17 極(ji)限真空度： 6.67×10-3

3.18 工作(zuo)真空度： 6.67×10-2

3.19 壓升(sheng)率： 小(xiao)于 3Pa/h

3.20 電阻(zu)爐溫度(du)： 極限(xian) 1400℃ ￠90×400mm 均溫區內溫差±5℃

3.21 中頻熔(rong)煉溫度(du)： 極限(xian) 1700℃

3.22 冷卻水壓： 0.15MPa — 0.3MPa

3.23 冷卻(que)水(shui)流量： 9m3/h

3.24 設備總(zong)重量： 3.8t (視不同(tong)的中頻電源(yuan)略有變化)

4 結構性能和特點：

4.1 10kg 真空(kong)感應熔煉定向凝固爐(lu)的主要結構(gou)：爐(lu)體、爐(lu)蓋、提升機構(gou)、轉軸進電、線圈、保溫(wen)爐(lu)、托(tuo)錠機構(gou)、真空(kong)系(xi)(xi)統(tong)、液壓系(xi)(xi)統(tong)、氣動系(xi)(xi)統(tong)、視窗機構(gou)、控溫(wen)系(xi)(xi)統(tong)等。

4.1.1 爐(lu)(lu)(lu)體(ti)、爐(lu)(lu)(lu)蓋：是組成該類電爐(lu)(lu)(lu)的真空容器，所有的其(qi)它機構(gou)(gou)(gou)都附(fu)屬在爐(lu)(lu)(lu)體(ti)爐(lu)(lu)(lu)蓋上，爐(lu)(lu)(lu)體(ti)的直徑為(wei) 800mm 立式結(jie)構(gou)(gou)(gou)，爐(lu)(lu)(lu)蓋可(ke)提升轉動，均(jun)采用水(shui)冷(leng)夾壁結(jie)構(gou)(gou)(gou)，爐(lu)(lu)(lu)蓋采用三圓弧結(jie)構(gou)(gou)(gou)。

4.12 提升機構：

提(ti)(ti)升(sheng)機(ji)構為(wei)爐(lu)體、爐(lu)蓋(gai)的(de)連接機(ji)構，通(tong)過提(ti)(ti)升(sheng)機(ji)構，可將爐(lu)蓋(gai)提(ti)(ti)升(sheng)起來回轉，爐(lu)蓋(gai)提(ti)(ti)升(sheng)為(wei)液壓驅動，電控操作(zuo)。

4.13 轉軸進電系(xi)統(tong)與傾(qing)爐機構：

轉(zhuan)軸(zhou)為(wei)水冷同軸(zhou)式饋電方式，可(ke)(ke)以(yi)拆卸，進(jin)電系統由 0.1mm 單導線(xian)組成截面導線(xian)50mm2，共 20 根，制(zhi)成母線(xian)與轉(zhuan)軸(zhou)之間的(de)連線(xian)，比原(yuan)來單用水冷電纜的(de)導線(xian)提高(gao)了5%以(yi)上效(xiao)(xiao)率(lv)，線(xian)路壓降不大(da)于 5V。這樣結構既提高(gao)了效(xiao)(xiao)率(lv)，轉(zhuan)動起來也靈活、可(ke)(ke)靠。澆鑄傾(qing)爐為(wei)液(ye)壓轉(zhuan)動，手動操(cao)作，能夠調節傾(qing)動速度，控(kong)制(zhi)臺上設有傾(qing)動操(cao)作桿。

4.1.4 感(gan)應線圈：

感(gan)應(ying)(ying)(ying)(ying)線(xian)(xian)(xian)圈是(shi)由(you)一種(zhong)紫銅管制成(cheng)的(de)(de)，匝與匝之(zhi)間(jian)有 3 — 4mm 的(de)(de)間(jian)隙，通過(guo)外圍的(de)(de)絕緣板來固定位置，感(gan)應(ying)(ying)(ying)(ying)線(xian)(xian)(xian)圈和進出電(dian)極(ji)間(jian)是(shi)由(you)螺母(mu)連接的(de)(de)，拆卸方(fang)(fang)便，既能(neng)(neng)保(bao)證(zheng)良好的(de)(de)導電(dian)性(xing)能(neng)(neng)，又(you)能(neng)(neng)保(bao)證(zheng)可靠的(de)(de)真空密封。由(you)于本(ben)設備采用的(de)(de)是(shi)感(gan)應(ying)(ying)(ying)(ying)石墨加熱方(fang)(fang)法，在線(xian)(xian)(xian)圈與石墨發熱體之(zhi)間(jian)應(ying)(ying)(ying)(ying)有 20~30mm 保(bao)溫絕緣材料，以(yi)(yi)免(mian)(mian)線(xian)(xian)(xian)圈短路，也防止(zhi)了線(xian)(xian)(xian)圈直接受(shou)熱輻射。從(cong)試驗(yan)結果來看，最 大線(xian)(xian)(xian)圈電(dian)壓不應(ying)(ying)(ying)(ying)大于 250V，以(yi)(yi)免(mian)(mian)引起放(fang)電(dian)。

4.15 保溫爐：

采用三(san)段(duan)(duan)電(dian)阻加熱(re)(re)，發熱(re)(re)元件為高純(chun)，高密(mi)度(du)(du)石(shi)墨(mo)，加熱(re)(re)器為圓形(xing)結構(gou)，有效溫(wen)(wen)區(qu)(qu)長400mm，熱(re)(re)區(qu)(qu)溫(wen)(wen)差±5℃。保(bao)溫(wen)(wen)采用兩層鉬屏(ping)(ping)，兩層不銹鋼屏(ping)(ping)，一層碳氈組(zu)成的組(zu)合屏(ping)(ping)結構(gou)，用隔離(li)環和支撐桿連接。外殼采用δ 4mm 無(wu)磁不銹鋼，分(fen)為三(san)段(duan)(duan)，可調(diao)(diao)整三(san)段(duan)(duan)發熱(re)(re)體的間隙，保(bao)溫(wen)(wen)爐工(gong)作溫(wen)(wen)度(du)(du)在 800~1300℃。該保(bao)溫(wen)(wen)爐利(li)用可控硅調(diao)(diao)壓電(dian)源通過(guo)三(san)段(duan)(duan)石(shi)墨(mo)發熱(re)(re)體進行(xing)加熱(re)(re)，由 PAC16P 單相調(diao)(diao)壓調(diao)(diao)功/一體化智(zhi)能(neng)電(dian)力調(diao)(diao)整器與 SR53 智(zhi)能(neng)溫(wen)(wen)度(du)(du)控制表(biao)進行(xing)溫(wen)(wen)度(du)(du)控制，自(zi)動升(sheng)溫(wen)(wen)、降溫(wen)(wen)、恒溫(wen)(wen)。全過(guo)程的微機操作系(xi)統可以對加熱(re)(re)功率(lv)、溫(wen)(wen)度(du)(du)、升(sheng)降溫(wen)(wen)速度(du)(du)等工(gong)藝(yi)參數進行(xing)設置和修改，并(bing)可對采集的各類數據進行(xing)存儲、顯示，并(bing)打(da)印各種工(gong)作狀態(tai)值及曲線圖，以便對工(gong)藝(yi)進行(xing)研究分(fen)析。

另外，用坩堝(guo)下降法(fa)生長晶體(ti)，對于坩堝(guo)材料的(de)選擇和形狀的(de)設計，都有具(ju)體(ti)要求，由(you)客戶自(zi)己掌握(wo)。

4.1.6 托(tuo)錠機構：

托(tuo)錠機構由兩部(bu)分組成(cheng)，出鋼機構、錠模升(sheng)降。

4.1.6.1 出(chu)鋼機(ji)構(gou)為液壓(ya)(ya)驅動，液壓(ya)(ya)缸(gang)通過(guo)連(lian)接元件帶(dai)動上、下連(lian)在一起的兩塊滑板，使錠模升降機(ji)構(gou)做整(zheng)體上、下移動，行程(cheng)為 650mm，此(ci)導軌副(fu)為 D 級的滾珠直線導軌副(fu)，傳動定位準確、可靠。

4.1.6.2 錠模升降機構(gou)：

此機(ji)(ji)構采用力矩測(ce)速機(ji)(ji)組(zu)加微型(xing)擺(bai)線減(jian)速器帶動一(yi)根 D 級(ji)的(de)(de)滾珠絲桿(gan)，上(shang)升(sheng)(sheng)下降(jiang)坩(gan)堝(guo)(坩(gan)堝(guo)放置在冷卻(que)水(shui)(shui)的(de)(de)升(sheng)(sheng)降(jiang)托(tuo)桿(gan)上(shang))，水(shui)(shui)冷升(sheng)(sheng)降(jiang)托(tuo)桿(gan)在爐體(ti)部分(fen)裝(zhuang)了一(yi)個盛(sheng)有室(shi)溫為液態合(he)金的(de)(de)水(shui)(shui)冷套(tao)，有效的(de)(de)阻擋了揮發物(wu)在水(shui)(shui)冷升(sheng)(sheng)降(jiang)托(tuo)桿(gan)上(shang)的(de)(de)沉(chen)積(ji)，從而降(jiang)低了傳動阻力，杜絕了由(you)于沉(chen)積(ji)物(wu)過(guo)多，阻力過(guo)大，致使力矩電機(ji)(ji)堵轉，中(zhong)斷晶(jing)(jing)體(ti)生(sheng)長的(de)(de)情況發生(sheng)。坩(gan)堝(guo)的(de)(de)下降(jiang)速度(du)為 0.1—10mm/min，連續(xu)可調，傳動平穩(wen)、無(wu)噪(zao)音、無(wu)爬行，力矩測(ce)速機(ji)(ji)組(zu)的(de)(de)電源有計算(suan)機(ji)(ji)接口，可遠程(cheng)控制晶(jing)(jing)體(ti)的(de)(de)生(sheng)長速率。

4.1.6.3 真空(kong)系統：

為了能在整個熔(rong)煉(lian)過程中，有(you)良好(hao)的工(gong)作真(zhen)空度，本設備真(zhen)空機組配置(zhi)為 KT—300 油擴散泵一臺(tai)、ZJ—150 羅茨泵一臺(tai)、2X—70 機械(xie)泵一臺(tai)。真(zhen)空系統均有(you)氣(qi)動(dong)閥(fa)門來控制，閥(fa)門由￠300mm 氣(qi)動(dong)翻板閥(fa)、￠90mm 氣(qi)動(dong)蝶閥(fa)、￠

100mm 氣動(dong)蝶(die)閥、￠80mm 電磁放氣閥組(zu)成。所有閥門均(jun)由(you)壓縮空氣驅(qu)動(dong)，電氣開關操作，亦可手(shou)動(dong)操作，方便快捷，閥門使用壽(shou)命長(chang)。

4.1.6.4 液壓系統(tong)：

主要滿(man)足(zu)爐(lu)(lu)蓋(gai)的提升，坩堝傾(qing)轉，托(tuo)錠機構上升、下降等動(dong)力驅(qu)動(dong)，爐(lu)(lu)蓋(gai)提升、托(tuo)錠機構提升可調速，同時設有液壓鎖，保證其動(dong)作(zuo)安全可靠，傾(qing)爐(lu)(lu)采用我(wo)所設計開發的手動(dong)液壓比(bi)例(li)閥，以便控(kong)制澆注速度。

4.1.6.5 氣動系統：

所(suo)有(you)閥(fa)門均(jun)為(wei)(wei)氣動(dong)(dong)驅動(dong)(dong)，操作為(wei)(wei)電動(dong)(dong)、手動(dong)(dong)操作。

4.1.6.6 視(shi)窗(chuang)機(ji)構：

在(zai)爐(lu)蓋(gai)上安有視(shi)(shi)窗機(ji)(ji)(ji)構，三個(ge)(ge)觀(guan)(guan)察(cha)(cha)(cha)孔，均為雙(shuang)層石英玻(bo)璃(li)，另(ling)有一(yi)(yi)組(zu)隔熱(re)屏，其上有銅刷，由一(yi)(yi)臺微型電機(ji)(ji)(ji)驅動，電機(ji)(ji)(ji)轉(zhuan)動時(shi)(shi)(shi)可(ke)(ke)觀(guan)(guan)察(cha)(cha)(cha)爐(lu)內的(de)(de)情況，并可(ke)(ke)有效的(de)(de)防止金屬蒸氣對玻(bo)璃(li)的(de)(de)污染，同時(shi)(shi)(shi)利用(yong)銅刷隨時(shi)(shi)(shi)清除(chu)附著玻(bo)璃(li)上的(de)(de)臟(zang)物，如(ru)玻(bo)璃(li)損(sun)壞(huai)，亦可(ke)(ke)以方(fang)便調換。其中一(yi)(yi)個(ge)(ge)觀(guan)(guan)察(cha)(cha)(cha)孔，制(zhi)成水冷觀(guan)(guan)察(cha)(cha)(cha)孔，以便用(yong)戶配置電視(shi)(shi)攝象機(ji)(ji)(ji)時(shi)(shi)(shi)，保護攝象頭。一(yi)(yi)個(ge)(ge)為用(yong)戶配紅外測溫(wen)裝置時(shi)(shi)(shi)用(yong)，另(ling)一(yi)(yi)個(ge)(ge)可(ke)(ke)讓操(cao)作者直接觀(guan)(guan)察(cha)(cha)(cha)。

4.1.6.7 測溫裝置：

在(zai)(zai)爐(lu)體上有(you)一組(zu)、爐(lu)底有(you)三(san)組(zu)測溫(wen)(wen)裝(zhuang)置，裝(zhuang)上 WRE5/26 熱電偶和(he)保護管，可(ke)分別實(shi)現(xian)對熔煉爐(lu)和(he)保溫(wen)(wen)爐(lu)的連續(xu)在(zai)(zai)線(xian)(xian)測溫(wen)(wen)，由普通測溫(wen)(wen)表可(ke)直接讀出溫(wen)(wen)度數值。保溫(wen)(wen)爐(lu)上另裝(zhuang)有(you)三(san)組(zu) WRE5/26 熱電偶，配三(san)塊 SR53 智能溫(wen)(wen)度控(kong)制表，可(ke)實(shi)現(xian)在(zai)(zai)線(xian)(xian)連續(xu)測溫(wen)(wen)控(kong)溫(wen)(wen)，配有(you)計(ji)算(suan)機(ji)接口，具備溫(wen)(wen)度——功率閉環控(kong)制，升溫(wen)(wen)、恒溫(wen)(wen)自動控(kong)制，工藝溫(wen)(wen)度在(zai)(zai)線(xian)(xian)存(cun)儲功能。

爐體(ti)(ti)上設(she)有氣(qi)(qi)動(dong)充放氣(qi)(qi)閥一(yi)件(jian)，滿足用戶對爐體(ti)(ti)放氣(qi)(qi)，充保護(hu)性(xing)氣(qi)(qi)體(ti)(ti)的要求，在(zai)爐體(ti)(ti)上另設(she)有備用接口(kou)一(yi)對。