ZGD10kg 真空感應熔煉定向凝固(gu)爐技術(shu)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(chu)研制開發(fa)的(de)一種(zhong)用于獲得晶體材料(liao)的(de)一種(zhong)現代(dai)化設備(bei)。

2 工作原理：

本設(she)備利用中(zhong)頻感應加熱進行熔化材料，然后(hou)將(jiang)熔融的材料倒入特(te)定形狀的坩堝內，通(tong)過石墨電阻爐 (帶組合屏) 加熱、保溫、控溫。然后(hou)使坩堝緩慢下(xia)降，通(tong)過一(yi)個溫度梯度較(jiao)大(da)的區域，讓結晶從(cong)坩堝底部(bu)開始，逐漸向上推移，進行晶體(ti)生長。本產品主(zhu)要適用于生產堿鹵化物(wu)、光(guang)學晶體(ti)、閃(shan)爍(shuo)晶體(ti)、激光(guang)晶體(ti)等。

3 主要技術指標：

3.1 坩堝容積： 5~10kg (鋼)

3.2 設備總功(gong)率： 145kW

3.3 中頻(pin)電源(yuan)功率： 60kW

3.4 中頻工作電壓(ya)： 250V

3.5 中頻(pin)(pin)頻(pin)(pin)率： ＜4000Hz

3.6 輸入(ru)電壓：三相 380V

3.7 電阻(zu)爐總(zong)功率： 60kW

3.8 電阻(zu)爐工作電壓(ya)： ≤28V

3.9 電(dian)阻爐(lu)輸入電(dian)壓(ya)： 220V

3.10 力矩(ju)電機輸入電壓： 220V±10%

3.11 力矩(ju)電機速度(du)設定： 0.5~500 轉/分

3.12 力(li)矩電機(ji)電流設定： 0.10~1.70A

3.13 鑄模拉速范(fan)圍： 0.1~10mm/min (下(xia)降)

3.14 拉模行程： 50mm/min (回位)

3.15 拉模工(gong)作振(zhen)動指標： 400 行程內振(zhen)動小于(yu) 0.05g 、擺動量小于(yu) 20μ m

3.16 熔化周期： 小于 30min

3.17 極限(xian)真(zhen)空度： 6.67×10-3

3.18 工作真空度(du)： 6.67×10-2

3.19 壓升率： 小于 3Pa/h

3.20 電阻爐溫度： 極限 1400℃ ￠90×400mm 均溫區內溫差±5℃

3.21 中頻熔煉溫度： 極限 1700℃

3.22 冷卻水壓： 0.15MPa — 0.3MPa

3.23 冷卻水流(liu)量： 9m3/h

3.24 設備總重(zhong)量(liang)： 3.8t (視(shi)不(bu)同的(de)中頻電源略有變化)

4 結構性能(neng)和特點：

4.1 10kg 真空感應熔煉定向凝固爐的主(zhu)要結構(gou)(gou)：爐體、爐蓋、提升機(ji)構(gou)(gou)、轉(zhuan)軸(zhou)進電、線圈、保溫爐、托錠機(ji)構(gou)(gou)、真空系(xi)統(tong)、液(ye)壓系(xi)統(tong)、氣動系(xi)統(tong)、視窗機(ji)構(gou)(gou)、控(kong)溫系(xi)統(tong)等。

4.1.1 爐(lu)體、爐(lu)蓋(gai)(gai)：是組成該類電爐(lu)的(de)真空容器，所有(you)的(de)其它機構(gou)(gou)都附(fu)屬(shu)在爐(lu)體爐(lu)蓋(gai)(gai)上，爐(lu)體的(de)直徑為 800mm 立式結(jie)(jie)構(gou)(gou)，爐(lu)蓋(gai)(gai)可提(ti)升轉(zhuan)動(dong)，均(jun)采(cai)(cai)用水冷夾壁(bi)結(jie)(jie)構(gou)(gou)，爐(lu)蓋(gai)(gai)采(cai)(cai)用三圓弧結(jie)(jie)構(gou)(gou)。

4.12 提升機構：

提(ti)升(sheng)(sheng)(sheng)機(ji)構為爐(lu)(lu)體、爐(lu)(lu)蓋(gai)(gai)的連接機(ji)構，通過提(ti)升(sheng)(sheng)(sheng)機(ji)構，可將爐(lu)(lu)蓋(gai)(gai)提(ti)升(sheng)(sheng)(sheng)起來回轉，爐(lu)(lu)蓋(gai)(gai)提(ti)升(sheng)(sheng)(sheng)為液壓驅動(dong)，電(dian)控操(cao)作。

4.13 轉軸進(jin)電系(xi)統與(yu)傾(qing)爐機構(gou)：

轉(zhuan)軸為(wei)水冷同(tong)軸式饋(kui)電方式，可以(yi)拆卸，進電系統由 0.1mm 單(dan)導線(xian)(xian)組成(cheng)截面導線(xian)(xian)50mm2，共 20 根，制(zhi)成(cheng)母線(xian)(xian)與轉(zhuan)軸之間的連線(xian)(xian)，比原來(lai)單(dan)用水冷電纜的導線(xian)(xian)提(ti)高(gao)了5%以(yi)上效率(lv)，線(xian)(xian)路壓降不(bu)大(da)于 5V。這(zhe)樣結構既(ji)提(ti)高(gao)了效率(lv)，轉(zhuan)動(dong)起來(lai)也靈(ling)活、可靠。澆鑄傾(qing)(qing)爐為(wei)液壓轉(zhuan)動(dong)，手(shou)動(dong)操作，能夠調(diao)節傾(qing)(qing)動(dong)速度，控制(zhi)臺上設有傾(qing)(qing)動(dong)操作桿。

4.1.4 感(gan)應線圈：

感(gan)應(ying)線(xian)(xian)(xian)圈是由一種紫銅管制成的(de)(de)，匝與匝之(zhi)間有(you) 3 — 4mm 的(de)(de)間隙，通過(guo)外(wai)圍(wei)的(de)(de)絕緣板來固(gu)定位置(zhi)，感(gan)應(ying)線(xian)(xian)(xian)圈和進出電極間是由螺母連接的(de)(de)，拆卸方便，既能(neng)(neng)保證良好的(de)(de)導電性(xing)能(neng)(neng)，又能(neng)(neng)保證可靠的(de)(de)真(zhen)空密封。由于本(ben)設備(bei)采用的(de)(de)是感(gan)應(ying)石墨(mo)加熱(re)方法，在線(xian)(xian)(xian)圈與石墨(mo)發熱(re)體(ti)之(zhi)間應(ying)有(you) 20~30mm 保溫絕緣材料，以(yi)免線(xian)(xian)(xian)圈短路，也防(fang)止了線(xian)(xian)(xian)圈直接受熱(re)輻射。從(cong)試驗結(jie)果來看，最 大線(xian)(xian)(xian)圈電壓不應(ying)大于 250V，以(yi)免引起放(fang)電。

4.15 保溫爐：

采用(yong)三(san)段(duan)電阻加(jia)(jia)熱(re)(re)(re)，發熱(re)(re)(re)元件為高純(chun)，高密(mi)度(du)石(shi)墨(mo)，加(jia)(jia)熱(re)(re)(re)器為圓形結(jie)構，有效溫(wen)區長(chang)400mm，熱(re)(re)(re)區溫(wen)差±5℃。保溫(wen)采用(yong)兩(liang)層(ceng)鉬屏，兩(liang)層(ceng)不銹鋼屏，一層(ceng)碳(tan)氈組成的(de)組合屏結(jie)構，用(yong)隔離環和支(zhi)撐桿連接。外殼采用(yong)δ 4mm 無磁不銹鋼，分(fen)為三(san)段(duan)，可調(diao)整三(san)段(duan)發熱(re)(re)(re)體的(de)間隙，保溫(wen)爐(lu)工作溫(wen)度(du)在(zai) 800~1300℃。該保溫(wen)爐(lu)利(li)用(yong)可控(kong)硅調(diao)壓(ya)(ya)電源通過(guo)三(san)段(duan)石(shi)墨(mo)發熱(re)(re)(re)體進行加(jia)(jia)熱(re)(re)(re)，由 PAC16P 單相(xiang)調(diao)壓(ya)(ya)調(diao)功/一體化(hua)智能(neng)電力調(diao)整器與(yu) SR53 智能(neng)溫(wen)度(du)控(kong)制(zhi)表進行溫(wen)度(du)控(kong)制(zhi)，自動(dong)升(sheng)溫(wen)、降溫(wen)、恒(heng)溫(wen)。全過(guo)程的(de)微機操作系統可以(yi)對加(jia)(jia)熱(re)(re)(re)功率、溫(wen)度(du)、升(sheng)降溫(wen)速度(du)等工藝參數(shu)進行設(she)置(zhi)和修(xiu)改，并可對采集的(de)各類數(shu)據(ju)進行存儲、顯示(shi)，并打印各種工作狀態值及曲線(xian)圖(tu)，以(yi)便對工藝進行研究分(fen)析。

另(ling)外，用(yong)坩(gan)堝下降法生(sheng)長晶體(ti)，對于坩(gan)堝材料的選擇(ze)和(he)形狀的設計，都有具體(ti)要求，由客戶自己(ji)掌握(wo)。

4.1.6 托(tuo)錠機(ji)構：

托(tuo)錠(ding)(ding)機(ji)構(gou)(gou)由兩部分組成(cheng)，出(chu)鋼機(ji)構(gou)(gou)、錠(ding)(ding)模升降。

4.1.6.1 出鋼(gang)機構為液壓驅動，液壓缸通過連接(jie)元件(jian)帶動上、下連在一起的兩塊滑板，使錠模升降機構做整(zheng)體上、下移動，行程為 650mm，此導(dao)軌副為 D 級(ji)的滾珠直線導(dao)軌副，傳(chuan)動定(ding)位(wei)準確、可(ke)靠。

4.1.6.2 錠模升降機(ji)構：

此(ci)機(ji)(ji)(ji)構采用力(li)矩測速(su)(su)機(ji)(ji)(ji)組加微型(xing)擺線減速(su)(su)器(qi)帶動一根 D 級的滾珠絲桿(gan)，上升下降(jiang)坩堝(坩堝放(fang)置在(zai)冷(leng)卻(que)水(shui)的升降(jiang)托(tuo)桿(gan)上)，水(shui)冷(leng)升降(jiang)托(tuo)桿(gan)在(zai)爐體部分裝(zhuang)了(le)一個盛有(you)(you)室溫為液(ye)態合金的水(shui)冷(leng)套，有(you)(you)效的阻(zu)擋(dang)了(le)揮(hui)發物在(zai)水(shui)冷(leng)升降(jiang)托(tuo)桿(gan)上的沉(chen)積(ji)，從而降(jiang)低了(le)傳動阻(zu)力(li)，杜絕了(le)由于沉(chen)積(ji)物過多，阻(zu)力(li)過大，致使(shi)力(li)矩電(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)堵轉，中(zhong)斷晶體生長的情況(kuang)發生。坩堝的下降(jiang)速(su)(su)度為 0.1—10mm/min，連續可調(diao)，傳動平(ping)穩(wen)、無(wu)噪音、無(wu)爬行，力(li)矩測速(su)(su)機(ji)(ji)(ji)組的電(dian)(dian)源有(you)(you)計算(suan)機(ji)(ji)(ji)接口，可遠(yuan)程控制晶體的生長速(su)(su)率。

4.1.6.3 真空系統：

為了能(neng)在整個熔煉過程中(zhong)，有良(liang)好(hao)的工作真(zhen)空(kong)度，本(ben)設(she)備真(zhen)空(kong)機組配置為 KT—300 油(you)擴散泵(beng)一臺(tai)、ZJ—150 羅茨泵(beng)一臺(tai)、2X—70 機械泵(beng)一臺(tai)。真(zhen)空(kong)系(xi)統(tong)均有氣動閥(fa)門(men)來(lai)控(kong)制，閥(fa)門(men)由￠300mm 氣動翻板(ban)閥(fa)、￠90mm 氣動蝶閥(fa)、￠

100mm 氣(qi)動蝶(die)閥(fa)、￠80mm 電(dian)磁放氣(qi)閥(fa)組成(cheng)。所(suo)有閥(fa)門(men)(men)均由壓縮(suo)空氣(qi)驅動，電(dian)氣(qi)開關操作(zuo)，亦可手動操作(zuo)，方便(bian)快捷(jie)，閥(fa)門(men)(men)使用壽命長。

4.1.6.4 液壓系統：

主要(yao)滿(man)足爐蓋(gai)的提(ti)升(sheng)，坩堝傾轉(zhuan)，托錠機構上升(sheng)、下降等(deng)動(dong)力(li)驅動(dong)，爐蓋(gai)提(ti)升(sheng)、托錠機構提(ti)升(sheng)可調速(su)，同時設(she)有液壓鎖(suo)，保證其動(dong)作安全(quan)可靠，傾爐采用我所設(she)計(ji)開(kai)發(fa)的手動(dong)液壓比例閥(fa)，以便(bian)控制澆注速(su)度。

4.1.6.5 氣動(dong)系統：

所有閥門均為氣動(dong)驅(qu)動(dong)，操(cao)作(zuo)為電動(dong)、手動(dong)操(cao)作(zuo)。

4.1.6.6 視窗機構：

在爐蓋上(shang)安有(you)視(shi)窗機(ji)構，三(san)個(ge)觀察(cha)孔(kong)，均(jun)為雙層石英玻璃(li)(li)，另(ling)(ling)有(you)一(yi)(yi)組隔熱屏(ping)，其上(shang)有(you)銅刷，由一(yi)(yi)臺微(wei)型電機(ji)驅(qu)動(dong)，電機(ji)轉動(dong)時(shi)(shi)可觀察(cha)爐內(nei)的(de)(de)情(qing)況，并可有(you)效的(de)(de)防止(zhi)金屬蒸氣對玻璃(li)(li)的(de)(de)污染，同時(shi)(shi)利用銅刷隨(sui)時(shi)(shi)清除附著玻璃(li)(li)上(shang)的(de)(de)臟物(wu)，如(ru)玻璃(li)(li)損壞，亦可以(yi)方(fang)便(bian)調換。其中一(yi)(yi)個(ge)觀察(cha)孔(kong)，制成水冷觀察(cha)孔(kong)，以(yi)便(bian)用戶(hu)配置電視(shi)攝象(xiang)機(ji)時(shi)(shi)，保護攝象(xiang)頭。一(yi)(yi)個(ge)為用戶(hu)配紅外測溫裝置時(shi)(shi)用，另(ling)(ling)一(yi)(yi)個(ge)可讓操作者(zhe)直接觀察(cha)。

4.1.6.7 測溫裝置：

在(zai)爐(lu)體上(shang)有一組、爐(lu)底有三(san)組測(ce)溫(wen)(wen)裝置，裝上(shang) WRE5/26 熱電偶和保(bao)護管，可(ke)分別實現(xian)對(dui)熔煉爐(lu)和保(bao)溫(wen)(wen)爐(lu)的連續在(zai)線測(ce)溫(wen)(wen)，由普通(tong)測(ce)溫(wen)(wen)表可(ke)直接(jie)讀出溫(wen)(wen)度(du)數值。保(bao)溫(wen)(wen)爐(lu)上(shang)另(ling)裝有三(san)組 WRE5/26 熱電偶，配(pei)三(san)塊(kuai) SR53 智能(neng)溫(wen)(wen)度(du)控(kong)(kong)制(zhi)表，可(ke)實現(xian)在(zai)線連續測(ce)溫(wen)(wen)控(kong)(kong)溫(wen)(wen)，配(pei)有計算機接(jie)口，具備溫(wen)(wen)度(du)——功(gong)率閉環控(kong)(kong)制(zhi)，升溫(wen)(wen)、恒溫(wen)(wen)自動控(kong)(kong)制(zhi)，工藝溫(wen)(wen)度(du)在(zai)線存(cun)儲(chu)功(gong)能(neng)。

爐體(ti)(ti)上(shang)設有(you)氣(qi)動充放(fang)氣(qi)閥一件，滿(man)足用(yong)戶(hu)對(dui)爐體(ti)(ti)放(fang)氣(qi)，充保護(hu)性氣(qi)體(ti)(ti)的要求，在爐體(ti)(ti)上(shang)另設有(you)備用(yong)接口一對(dui)。