ZGD10kg 真空感應熔煉定向凝固爐(lu)技(ji)術(shu)條件(jian)

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(ji)礎研制(zhi)開(kai)發的(de)一(yi)種用于獲得晶體材(cai)料的(de)一(yi)種現代化設備(bei)。

2 工作原理：

本(ben)設(she)備(bei)利用中頻感(gan)應加(jia)熱(re)進行熔化材(cai)料(liao)，然后將(jiang)熔融的材(cai)料(liao)倒入特定形狀的坩(gan)堝內，通過石墨電阻(zu)爐 (帶組合屏) 加(jia)熱(re)、保溫(wen)(wen)、控(kong)溫(wen)(wen)。然后使坩(gan)堝緩(huan)慢下降(jiang)，通過一個溫(wen)(wen)度梯度較大的區域，讓結(jie)晶從坩(gan)堝底部開始，逐漸向(xiang)上推移，進行晶體(ti)生長。本(ben)產品主(zhu)要適用于生產堿鹵化物、光(guang)學晶體(ti)、閃爍(shuo)晶體(ti)、激光(guang)晶體(ti)等。

3 主要技術指標：

3.1 坩(gan)堝容積： 5~10kg (鋼)

3.2 設備總功率(lv)： 145kW

3.3 中(zhong)頻電(dian)源功率： 60kW

3.4 中頻工作(zuo)電壓： 250V

3.5 中頻(pin)(pin)頻(pin)(pin)率(lv)： ＜4000Hz

3.6 輸(shu)入電壓：三(san)相 380V

3.7 電阻(zu)爐總功率： 60kW

3.8 電阻(zu)爐(lu)工作電壓： ≤28V

3.9 電(dian)阻爐輸入電(dian)壓： 220V

3.10 力矩(ju)電(dian)機輸(shu)入電(dian)壓： 220V±10%

3.11 力矩電(dian)機速度設定： 0.5~500 轉/分

3.12 力矩電(dian)機電(dian)流設定： 0.10~1.70A

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

3.14 拉模行程： 50mm/min (回(hui)位)

3.15 拉模工作振(zhen)動(dong)指標： 400 行程內振(zhen)動(dong)小于 0.05g 、擺(bai)動(dong)量小于 20μ m

3.16 熔化周期(qi)： 小(xiao)于 30min

3.17 極限真空(kong)度： 6.67×10-3

3.18 工(gong)作真空度： 6.67×10-2

3.19 壓升率(lv)： 小于 3Pa/h

3.20 電阻爐溫(wen)度： 極限 1400℃ ￠90×400mm 均(jun)溫(wen)區內(nei)溫(wen)差(cha)±5℃

3.21 中(zhong)頻熔煉溫度： 極限 1700℃

3.22 冷卻水壓： 0.15MPa — 0.3MPa

3.23 冷卻水流(liu)量(liang)： 9m3/h

3.24 設備總重(zhong)量： 3.8t (視不同(tong)的(de)中頻(pin)電源略有變化)

4 結(jie)構性能和特點：

4.1 10kg 真空(kong)感(gan)應熔煉定向凝(ning)固爐的主要結構(gou)：爐體、爐蓋、提(ti)升機(ji)(ji)構(gou)、轉(zhuan)軸進電(dian)、線圈、保(bao)溫爐、托錠機(ji)(ji)構(gou)、真空(kong)系統(tong)、液壓系統(tong)、氣動系統(tong)、視窗機(ji)(ji)構(gou)、控溫系統(tong)等。

4.1.1 爐(lu)(lu)體(ti)、爐(lu)(lu)蓋：是(shi)組成該(gai)類(lei)電爐(lu)(lu)的真(zhen)空容器，所有(you)的其它(ta)機構都附屬在(zai)爐(lu)(lu)體(ti)爐(lu)(lu)蓋上，爐(lu)(lu)體(ti)的直徑為 800mm 立(li)式結(jie)構，爐(lu)(lu)蓋可提升(sheng)轉動，均采(cai)(cai)用水冷夾壁結(jie)構，爐(lu)(lu)蓋采(cai)(cai)用三(san)圓(yuan)弧結(jie)構。

4.12 提升機構：

提(ti)升機(ji)構(gou)為爐(lu)體、爐(lu)蓋的連接機(ji)構(gou)，通(tong)過(guo)提(ti)升機(ji)構(gou)，可將爐(lu)蓋提(ti)升起(qi)來回(hui)轉，爐(lu)蓋提(ti)升為液壓(ya)驅(qu)動，電控(kong)操作。

4.13 轉軸(zhou)進電系統(tong)與傾爐機構：

轉軸(zhou)(zhou)(zhou)為水(shui)冷同軸(zhou)(zhou)(zhou)式(shi)饋電(dian)(dian)方(fang)式(shi)，可(ke)以拆(chai)卸(xie)，進電(dian)(dian)系統由 0.1mm 單(dan)導線(xian)組(zu)成截面導線(xian)50mm2，共 20 根(gen)，制成母線(xian)與(yu)轉軸(zhou)(zhou)(zhou)之(zhi)間(jian)的(de)連線(xian)，比原來(lai)單(dan)用水(shui)冷電(dian)(dian)纜的(de)導線(xian)提高了5%以上效(xiao)率(lv)，線(xian)路壓降不(bu)大(da)于 5V。這(zhe)樣結構既提高了效(xiao)率(lv)，轉動起來(lai)也靈活、可(ke)靠。澆鑄傾爐為液壓轉動，手動操(cao)作(zuo)，能夠調節傾動速度(du)，控制臺上設有傾動操(cao)作(zuo)桿。

4.1.4 感應線圈：

感(gan)(gan)(gan)應(ying)(ying)線(xian)圈(quan)(quan)是由(you)一(yi)種紫銅(tong)管制成的(de)(de)(de)，匝(za)與匝(za)之間有 3 — 4mm 的(de)(de)(de)間隙，通(tong)過外(wai)圍(wei)的(de)(de)(de)絕(jue)緣(yuan)板來固(gu)定位置，感(gan)(gan)(gan)應(ying)(ying)線(xian)圈(quan)(quan)和進出電極間是由(you)螺母(mu)連接的(de)(de)(de)，拆卸方(fang)便，既能(neng)保(bao)證(zheng)良(liang)好的(de)(de)(de)導電性能(neng)，又能(neng)保(bao)證(zheng)可靠的(de)(de)(de)真空(kong)密封(feng)。由(you)于本設備采(cai)用的(de)(de)(de)是感(gan)(gan)(gan)應(ying)(ying)石墨加(jia)熱(re)方(fang)法，在(zai)線(xian)圈(quan)(quan)與石墨發熱(re)體之間應(ying)(ying)有 20~30mm 保(bao)溫絕(jue)緣(yuan)材料(liao)，以免線(xian)圈(quan)(quan)短路，也防止了線(xian)圈(quan)(quan)直接受(shou)熱(re)輻射。從試驗結果來看，最 大(da)線(xian)圈(quan)(quan)電壓不應(ying)(ying)大(da)于 250V，以免引起(qi)放電。

4.15 保溫爐：

采(cai)用(yong)(yong)三(san)段電(dian)(dian)阻(zu)加熱(re)(re)(re)，發熱(re)(re)(re)元件為(wei)(wei)高(gao)純(chun)，高(gao)密度石(shi)墨，加熱(re)(re)(re)器(qi)為(wei)(wei)圓形結構，有效(xiao)溫(wen)(wen)(wen)區長(chang)400mm，熱(re)(re)(re)區溫(wen)(wen)(wen)差±5℃。保溫(wen)(wen)(wen)采(cai)用(yong)(yong)兩層(ceng)(ceng)鉬屏，兩層(ceng)(ceng)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼屏，一(yi)層(ceng)(ceng)碳氈(zhan)組成的(de)(de)組合屏結構，用(yong)(yong)隔離環和支撐桿連接(jie)。外(wai)殼采(cai)用(yong)(yong)δ 4mm 無磁不(bu)(bu)銹(xiu)鋼，分(fen)為(wei)(wei)三(san)段，可(ke)調(diao)整三(san)段發熱(re)(re)(re)體的(de)(de)間隙，保溫(wen)(wen)(wen)爐(lu)(lu)工(gong)作(zuo)溫(wen)(wen)(wen)度在 800~1300℃。該(gai)保溫(wen)(wen)(wen)爐(lu)(lu)利用(yong)(yong)可(ke)控硅(gui)調(diao)壓電(dian)(dian)源通過三(san)段石(shi)墨發熱(re)(re)(re)體進行(xing)加熱(re)(re)(re)，由 PAC16P 單相(xiang)調(diao)壓調(diao)功/一(yi)體化智能電(dian)(dian)力調(diao)整器(qi)與(yu) SR53 智能溫(wen)(wen)(wen)度控制(zhi)(zhi)表進行(xing)溫(wen)(wen)(wen)度控制(zhi)(zhi)，自動(dong)升(sheng)溫(wen)(wen)(wen)、降溫(wen)(wen)(wen)、恒溫(wen)(wen)(wen)。全(quan)過程的(de)(de)微機操作(zuo)系統(tong)可(ke)以(yi)(yi)對(dui)加熱(re)(re)(re)功率、溫(wen)(wen)(wen)度、升(sheng)降溫(wen)(wen)(wen)速度等(deng)工(gong)藝(yi)參數進行(xing)設(she)置和修改，并(bing)可(ke)對(dui)采(cai)集的(de)(de)各類(lei)數據進行(xing)存儲、顯(xian)示(shi)，并(bing)打印各種工(gong)作(zuo)狀態值及曲(qu)線圖(tu)，以(yi)(yi)便(bian)對(dui)工(gong)藝(yi)進行(xing)研究分(fen)析。

另外，用坩堝下降法(fa)生(sheng)長(chang)晶體(ti)(ti)，對(dui)于坩堝材料的(de)(de)選擇和形狀(zhuang)的(de)(de)設(she)計，都有具體(ti)(ti)要求，由(you)客(ke)戶自(zi)己掌握。

4.1.6 托錠機構(gou)：

托錠機(ji)構(gou)由兩部(bu)分組成，出(chu)鋼(gang)機(ji)構(gou)、錠模升降。

4.1.6.1 出鋼機構為液壓(ya)(ya)驅動，液壓(ya)(ya)缸通過連(lian)接元件(jian)帶動上(shang)、下連(lian)在一起的兩塊(kuai)滑(hua)板，使錠(ding)模升降機構做整體上(shang)、下移(yi)動，行程為 650mm，此導軌副為 D 級的滾(gun)珠直線導軌副，傳動定位準確、可靠。

4.1.6.2 錠模升(sheng)降機構：

此機構采(cai)用(yong)力(li)矩(ju)測速機組加微型擺線減(jian)速器帶動一根 D 級的(de)(de)(de)滾珠絲(si)桿(gan)(gan)，上(shang)(shang)升下降坩(gan)(gan)堝(guo)(坩(gan)(gan)堝(guo)放置在冷(leng)卻(que)水(shui)的(de)(de)(de)升降托(tuo)桿(gan)(gan)上(shang)(shang))，水(shui)冷(leng)升降托(tuo)桿(gan)(gan)在爐體(ti)部(bu)分裝了一個(ge)盛有(you)室溫為液態合(he)金的(de)(de)(de)水(shui)冷(leng)套，有(you)效的(de)(de)(de)阻擋(dang)了揮發(fa)物在水(shui)冷(leng)升降托(tuo)桿(gan)(gan)上(shang)(shang)的(de)(de)(de)沉積，從(cong)而降低(di)了傳動阻力(li)，杜(du)絕了由于沉積物過(guo)多(duo)，阻力(li)過(guo)大，致(zhi)使力(li)矩(ju)電(dian)機堵(du)轉，中斷晶體(ti)生(sheng)長(chang)的(de)(de)(de)情(qing)況發(fa)生(sheng)。坩(gan)(gan)堝(guo)的(de)(de)(de)下降速度為 0.1—10mm/min，連(lian)續可調，傳動平穩、無(wu)噪音、無(wu)爬(pa)行，力(li)矩(ju)測速機組的(de)(de)(de)電(dian)源有(you)計算機接口，可遠程控制晶體(ti)的(de)(de)(de)生(sheng)長(chang)速率。

4.1.6.3 真(zhen)空(kong)系(xi)統：

為(wei)了(le)能在(zai)整個熔煉過程中，有良好的(de)工作真(zhen)(zhen)空(kong)(kong)度，本設備真(zhen)(zhen)空(kong)(kong)機(ji)組配置為(wei) KT—300 油(you)擴散泵一(yi)臺(tai)、ZJ—150 羅茨泵一(yi)臺(tai)、2X—70 機(ji)械泵一(yi)臺(tai)。真(zhen)(zhen)空(kong)(kong)系統均(jun)有氣動(dong)閥門(men)來控制(zhi)，閥門(men)由￠300mm 氣動(dong)翻板閥、￠90mm 氣動(dong)蝶閥、￠

100mm 氣(qi)動蝶閥(fa)、￠80mm 電磁放氣(qi)閥(fa)組成。所有閥(fa)門均由壓縮(suo)空(kong)氣(qi)驅動，電氣(qi)開關操(cao)作(zuo)，亦可手動操(cao)作(zuo)，方便快捷，閥(fa)門使用壽(shou)命長(chang)。

4.1.6.4 液壓系統：

主要滿足爐蓋的提升(sheng)(sheng)，坩堝傾轉，托(tuo)錠(ding)機(ji)構上升(sheng)(sheng)、下降等動力驅動，爐蓋提升(sheng)(sheng)、托(tuo)錠(ding)機(ji)構提升(sheng)(sheng)可調速(su)，同時設有液壓鎖，保證其動作安(an)全(quan)可靠，傾爐采(cai)用我所(suo)設計開發(fa)的手動液壓比例閥(fa)，以便控(kong)制澆注速(su)度。

4.1.6.5 氣動系(xi)統(tong)：

所有閥門(men)均為氣動(dong)(dong)驅動(dong)(dong)，操作為電動(dong)(dong)、手動(dong)(dong)操作。

4.1.6.6 視窗機構：

在爐蓋上(shang)安(an)有(you)視窗機(ji)構(gou)，三(san)個(ge)(ge)觀察孔，均為(wei)雙層石英玻(bo)(bo)璃(li)(li)，另有(you)一(yi)組隔熱屏(ping)，其(qi)上(shang)有(you)銅刷，由(you)一(yi)臺(tai)微型(xing)電(dian)機(ji)驅動(dong)，電(dian)機(ji)轉動(dong)時(shi)(shi)可(ke)觀察爐內的情況，并可(ke)有(you)效的防止金屬(shu)蒸氣對玻(bo)(bo)璃(li)(li)的污染，同時(shi)(shi)利用銅刷隨(sui)時(shi)(shi)清除(chu)附著玻(bo)(bo)璃(li)(li)上(shang)的臟物，如玻(bo)(bo)璃(li)(li)損壞，亦(yi)可(ke)以方便調換。其(qi)中一(yi)個(ge)(ge)觀察孔，制成水冷(leng)觀察孔，以便用戶(hu)配(pei)置電(dian)視攝(she)象機(ji)時(shi)(shi)，保護攝(she)象頭(tou)。一(yi)個(ge)(ge)為(wei)用戶(hu)配(pei)紅(hong)外測溫裝置時(shi)(shi)用，另一(yi)個(ge)(ge)可(ke)讓操作者(zhe)直接觀察。

4.1.6.7 測溫裝(zhuang)置：

在(zai)爐(lu)體上有一(yi)組(zu)、爐(lu)底(di)有三組(zu)測溫(wen)(wen)裝置，裝上 WRE5/26 熱(re)電(dian)偶(ou)和保護(hu)管，可分(fen)別(bie)實(shi)(shi)現(xian)對熔煉爐(lu)和保溫(wen)(wen)爐(lu)的連續在(zai)線測溫(wen)(wen)，由普通測溫(wen)(wen)表可直接讀出溫(wen)(wen)度(du)數值。保溫(wen)(wen)爐(lu)上另裝有三組(zu) WRE5/26 熱(re)電(dian)偶(ou)，配(pei)三塊 SR53 智能(neng)溫(wen)(wen)度(du)控制(zhi)表，可實(shi)(shi)現(xian)在(zai)線連續測溫(wen)(wen)控溫(wen)(wen)，配(pei)有計算(suan)機接口，具備溫(wen)(wen)度(du)——功率閉環控制(zhi)，升(sheng)溫(wen)(wen)、恒溫(wen)(wen)自動控制(zhi)，工(gong)藝(yi)溫(wen)(wen)度(du)在(zai)線存儲功能(neng)。

爐體(ti)上設(she)有(you)氣(qi)(qi)動充放(fang)氣(qi)(qi)閥(fa)一(yi)件(jian)，滿足用戶對爐體(ti)放(fang)氣(qi)(qi)，充保護性氣(qi)(qi)體(ti)的要求，在爐體(ti)上另(ling)設(she)有(you)備用接口一(yi)對。