ZGD10kg 真空感應熔煉定向凝(ning)固爐技術條件

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(ji)礎(chu)研制開發的一(yi)種(zhong)用于獲得晶(jing)體材料的一(yi)種(zhong)現代化設(she)備。

2 工作原理：

本設備利用(yong)(yong)中頻感應加(jia)熱進行熔化材料，然(ran)后將熔融的(de)材料倒(dao)入特(te)定(ding)形(xing)狀的(de)坩(gan)堝內，通過(guo)石墨電阻(zu)爐 (帶組合屏) 加(jia)熱、保溫、控溫。然(ran)后使坩(gan)堝緩慢下降，通過(guo)一個(ge)溫度(du)梯度(du)較(jiao)大的(de)區域，讓結晶(jing)從(cong)坩(gan)堝底部(bu)開始，逐漸向上推移，進行晶(jing)體(ti)生長。本產品(pin)主要適用(yong)(yong)于生產堿鹵化物(wu)、光學(xue)晶(jing)體(ti)、閃爍晶(jing)體(ti)、激(ji)光晶(jing)體(ti)等。

3 主要技術指標：

3.1 坩堝容積(ji)： 5~10kg (鋼)

3.2 設備總功率： 145kW

3.3 中頻電源功率(lv)： 60kW

3.4 中(zhong)頻工作電(dian)壓： 250V

3.5 中頻(pin)頻(pin)率： ＜4000Hz

3.6 輸入電壓(ya)：三相 380V

3.7 電阻(zu)爐總功率： 60kW

3.8 電阻爐工作電壓： ≤28V

3.9 電阻爐輸入(ru)電壓： 220V

3.10 力矩電機輸入電壓： 220V±10%

3.11 力矩電機速度設定： 0.5~500 轉(zhuan)/分(fen)

3.12 力矩電機電流設(she)定： 0.10~1.70A

3.13 鑄模(mo)拉速范(fan)圍： 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 行程內振動小于 0.05g 、擺動量小于 20μ m

3.16 熔化周期： 小于 30min

3.17 極限(xian)真(zhen)空(kong)度： 6.67×10-3

3.18 工(gong)作真(zhen)空度： 6.67×10-2

3.19 壓升率： 小于(yu) 3Pa/h

3.20 電阻爐溫度： 極限 1400℃ ￠90×400mm 均(jun)溫區(qu)內溫差±5℃

3.21 中(zhong)頻熔(rong)煉溫度： 極限 1700℃

3.22 冷(leng)卻(que)水壓： 0.15MPa — 0.3MPa

3.23 冷卻水流(liu)量： 9m3/h

3.24 設備總重量(liang)： 3.8t (視不(bu)同的中(zhong)頻電源略有(you)變(bian)化)

4 結構性能(neng)和特點：

4.1 10kg 真(zhen)空感應熔(rong)煉定向凝固爐的主(zhu)要(yao)結構：爐體、爐蓋、提(ti)升(sheng)機構、轉軸進電、線圈、保(bao)溫爐、托錠機構、真(zhen)空系(xi)統(tong)、液壓(ya)系(xi)統(tong)、氣動系(xi)統(tong)、視(shi)窗(chuang)機構、控溫系(xi)統(tong)等。

4.1.1 爐(lu)體、爐(lu)蓋：是組成(cheng)該類電爐(lu)的真空容器，所有的其它機構(gou)都附屬(shu)在爐(lu)體爐(lu)蓋上，爐(lu)體的直徑為 800mm 立式結(jie)構(gou)，爐(lu)蓋可提升轉(zhuan)動(dong)，均采(cai)用(yong)水冷夾壁結(jie)構(gou)，爐(lu)蓋采(cai)用(yong)三圓(yuan)弧結(jie)構(gou)。

4.12 提升機構(gou)：

提(ti)(ti)升機構為爐(lu)(lu)體、爐(lu)(lu)蓋(gai)的連接機構，通過提(ti)(ti)升機構，可將(jiang)爐(lu)(lu)蓋(gai)提(ti)(ti)升起來回轉，爐(lu)(lu)蓋(gai)提(ti)(ti)升為液壓(ya)驅動，電控操作。

4.13 轉(zhuan)軸進電系統與(yu)傾爐機構(gou)：

轉(zhuan)(zhuan)軸為水(shui)冷同(tong)軸式饋電(dian)方式，可(ke)以(yi)拆卸(xie)，進電(dian)系(xi)統由 0.1mm 單導(dao)(dao)線組成截面導(dao)(dao)線50mm2，共 20 根，制(zhi)成母線與轉(zhuan)(zhuan)軸之間的(de)連線，比原來單用水(shui)冷電(dian)纜的(de)導(dao)(dao)線提(ti)高了(le)5%以(yi)上效率，線路壓降不大于 5V。這樣結構(gou)既提(ti)高了(le)效率，轉(zhuan)(zhuan)動(dong)起來也靈(ling)活、可(ke)靠。澆(jiao)鑄(zhu)傾(qing)爐為液壓轉(zhuan)(zhuan)動(dong)，手(shou)動(dong)操(cao)(cao)作(zuo)，能夠調節傾(qing)動(dong)速度(du)，控制(zhi)臺上設有傾(qing)動(dong)操(cao)(cao)作(zuo)桿。

4.1.4 感(gan)應線(xian)圈：

感應(ying)線(xian)(xian)圈是(shi)由(you)一種紫(zi)銅管(guan)制成(cheng)的(de)(de)，匝與匝之(zhi)間有(you) 3 — 4mm 的(de)(de)間隙，通(tong)過外圍的(de)(de)絕緣(yuan)板來固定位置，感應(ying)線(xian)(xian)圈和進出電極間是(shi)由(you)螺母連接的(de)(de)，拆卸方便，既能保證良好的(de)(de)導電性能，又(you)能保證可靠的(de)(de)真空密封(feng)。由(you)于本設備(bei)采用的(de)(de)是(shi)感應(ying)石(shi)墨加熱方法，在線(xian)(xian)圈與石(shi)墨發熱體(ti)之(zhi)間應(ying)有(you) 20~30mm 保溫(wen)絕緣(yuan)材(cai)料，以免線(xian)(xian)圈短路，也防止了線(xian)(xian)圈直接受熱輻(fu)射。從試驗(yan)結果來看，最(zui) 大線(xian)(xian)圈電壓不(bu)應(ying)大于 250V，以免引起放電。

4.15 保溫爐：

采(cai)用三段(duan)電阻(zu)加熱(re)(re)(re)(re)，發熱(re)(re)(re)(re)元件(jian)為(wei)高(gao)純，高(gao)密度石(shi)墨，加熱(re)(re)(re)(re)器(qi)為(wei)圓形結構(gou)，有效溫(wen)(wen)(wen)(wen)區長400mm，熱(re)(re)(re)(re)區溫(wen)(wen)(wen)(wen)差±5℃。保(bao)溫(wen)(wen)(wen)(wen)采(cai)用兩(liang)(liang)層鉬屏，兩(liang)(liang)層不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)屏，一層碳(tan)氈組(zu)成的(de)組(zu)合屏結構(gou)，用隔離(li)環(huan)和支撐桿連接。外(wai)殼采(cai)用δ 4mm 無磁不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)，分為(wei)三段(duan)，可(ke)調(diao)(diao)整(zheng)三段(duan)發熱(re)(re)(re)(re)體的(de)間隙，保(bao)溫(wen)(wen)(wen)(wen)爐(lu)工(gong)作溫(wen)(wen)(wen)(wen)度在 800~1300℃。該(gai)保(bao)溫(wen)(wen)(wen)(wen)爐(lu)利用可(ke)控硅調(diao)(diao)壓(ya)電源通過(guo)三段(duan)石(shi)墨發熱(re)(re)(re)(re)體進(jin)(jin)行(xing)加熱(re)(re)(re)(re)，由 PAC16P 單相調(diao)(diao)壓(ya)調(diao)(diao)功/一體化智能(neng)電力調(diao)(diao)整(zheng)器(qi)與 SR53 智能(neng)溫(wen)(wen)(wen)(wen)度控制表進(jin)(jin)行(xing)溫(wen)(wen)(wen)(wen)度控制，自動升溫(wen)(wen)(wen)(wen)、降(jiang)溫(wen)(wen)(wen)(wen)、恒(heng)溫(wen)(wen)(wen)(wen)。全過(guo)程的(de)微機操作系統可(ke)以(yi)對(dui)加熱(re)(re)(re)(re)功率、溫(wen)(wen)(wen)(wen)度、升降(jiang)溫(wen)(wen)(wen)(wen)速度等工(gong)藝參(can)數(shu)進(jin)(jin)行(xing)設置和修改，并可(ke)對(dui)采(cai)集的(de)各類數(shu)據(ju)進(jin)(jin)行(xing)存儲、顯示，并打(da)印各種工(gong)作狀(zhuang)態值及曲線(xian)圖(tu)，以(yi)便對(dui)工(gong)藝進(jin)(jin)行(xing)研究分析。

另外，用坩堝下降(jiang)法生長晶體，對于坩堝材料(liao)的選擇和形狀的設計，都有具體要(yao)求，由客戶(hu)自己掌握。

4.1.6 托錠機構：

托錠(ding)(ding)機構由兩部分(fen)組成(cheng)，出鋼機構、錠(ding)(ding)模升(sheng)降。

4.1.6.1 出鋼機構為(wei)液(ye)壓(ya)驅動(dong)，液(ye)壓(ya)缸通(tong)過連接元件帶動(dong)上、下連在一起的兩塊滑板，使錠模(mo)升降(jiang)機構做(zuo)整體上、下移動(dong)，行(xing)程為(wei) 650mm，此導(dao)軌副(fu)為(wei) D 級的滾珠直線導(dao)軌副(fu)，傳動(dong)定(ding)位準確(que)、可(ke)靠。

4.1.6.2 錠(ding)模(mo)升降機構：

此機(ji)(ji)(ji)構(gou)采用力矩(ju)測速(su)(su)機(ji)(ji)(ji)組(zu)加微型(xing)擺線減速(su)(su)器帶動一(yi)根 D 級的(de)滾珠絲(si)桿(gan)(gan)，上(shang)升下降(jiang)(jiang)坩堝(坩堝放置在(zai)冷(leng)(leng)卻水的(de)升降(jiang)(jiang)托桿(gan)(gan)上(shang))，水冷(leng)(leng)升降(jiang)(jiang)托桿(gan)(gan)在(zai)爐體(ti)部分裝了(le)一(yi)個盛有室溫為液態合金(jin)的(de)水冷(leng)(leng)套，有效的(de)阻(zu)擋了(le)揮發(fa)物(wu)在(zai)水冷(leng)(leng)升降(jiang)(jiang)托桿(gan)(gan)上(shang)的(de)沉(chen)積(ji)，從而降(jiang)(jiang)低了(le)傳動阻(zu)力，杜(du)絕了(le)由于沉(chen)積(ji)物(wu)過多(duo)，阻(zu)力過大(da)，致(zhi)使力矩(ju)電(dian)機(ji)(ji)(ji)堵(du)轉，中(zhong)斷晶體(ti)生長(chang)的(de)情況發(fa)生。坩堝的(de)下降(jiang)(jiang)速(su)(su)度(du)為 0.1—10mm/min，連(lian)續(xu)可調，傳動平穩、無(wu)噪音、無(wu)爬(pa)行(xing)，力矩(ju)測速(su)(su)機(ji)(ji)(ji)組(zu)的(de)電(dian)源有計算機(ji)(ji)(ji)接口，可遠(yuan)程控制晶體(ti)的(de)生長(chang)速(su)(su)率。

4.1.6.3 真空系統：

為了能在整個熔煉過(guo)程中，有良好的(de)工作真(zhen)空(kong)度，本設備真(zhen)空(kong)機組配置為 KT—300 油擴散泵一(yi)(yi)臺(tai)、ZJ—150 羅茨泵一(yi)(yi)臺(tai)、2X—70 機械泵一(yi)(yi)臺(tai)。真(zhen)空(kong)系(xi)統均(jun)有氣動閥門(men)來(lai)控制(zhi)，閥門(men)由￠300mm 氣動翻板(ban)閥、￠90mm 氣動蝶(die)閥、￠

100mm 氣動蝶閥、￠80mm 電磁放(fang)氣閥組成。所有(you)閥門均(jun)由(you)壓縮(suo)空氣驅動，電氣開關操作(zuo)，亦可(ke)手動操作(zuo)，方便快(kuai)捷，閥門使用(yong)壽命長。

4.1.6.4 液壓系統：

主要滿(man)足爐蓋的提(ti)升，坩堝(guo)傾(qing)(qing)轉(zhuan)，托錠機(ji)構(gou)上(shang)升、下降等動(dong)力驅動(dong)，爐蓋提(ti)升、托錠機(ji)構(gou)提(ti)升可調速(su)，同時設有液壓(ya)(ya)鎖，保證其動(dong)作安(an)全可靠，傾(qing)(qing)爐采用我所設計開發(fa)的手動(dong)液壓(ya)(ya)比例閥，以便控(kong)制澆注速(su)度。

4.1.6.5 氣動系統(tong)：

所有閥門均為(wei)氣動(dong)(dong)驅動(dong)(dong)，操(cao)作為(wei)電動(dong)(dong)、手動(dong)(dong)操(cao)作。

4.1.6.6 視窗機構：

在爐蓋上(shang)安有視窗機(ji)構(gou)，三個(ge)(ge)觀察(cha)(cha)孔，均為雙層石(shi)英玻(bo)(bo)璃，另有一(yi)(yi)(yi)組隔(ge)熱屏，其(qi)上(shang)有銅(tong)刷，由一(yi)(yi)(yi)臺微型電機(ji)驅(qu)動，電機(ji)轉(zhuan)動時(shi)可觀察(cha)(cha)爐內的(de)(de)情況，并可有效的(de)(de)防止金屬蒸氣對(dui)玻(bo)(bo)璃的(de)(de)污(wu)染，同(tong)時(shi)利用銅(tong)刷隨時(shi)清除附(fu)著玻(bo)(bo)璃上(shang)的(de)(de)臟(zang)物，如玻(bo)(bo)璃損壞，亦可以方便調(diao)換。其(qi)中一(yi)(yi)(yi)個(ge)(ge)觀察(cha)(cha)孔，制成水冷觀察(cha)(cha)孔，以便用戶(hu)配(pei)置(zhi)電視攝(she)象機(ji)時(shi)，保護攝(she)象頭。一(yi)(yi)(yi)個(ge)(ge)為用戶(hu)配(pei)紅外測溫(wen)裝(zhuang)置(zhi)時(shi)用，另一(yi)(yi)(yi)個(ge)(ge)可讓操作者直接(jie)觀察(cha)(cha)。

4.1.6.7 測溫裝置：

在(zai)(zai)(zai)爐(lu)(lu)體上(shang)有(you)(you)一組(zu)(zu)、爐(lu)(lu)底有(you)(you)三(san)(san)組(zu)(zu)測溫(wen)(wen)裝置，裝上(shang) WRE5/26 熱電偶(ou)和保護(hu)管，可(ke)分別(bie)實(shi)(shi)現對熔煉爐(lu)(lu)和保溫(wen)(wen)爐(lu)(lu)的(de)連(lian)續在(zai)(zai)(zai)線(xian)測溫(wen)(wen)，由普通測溫(wen)(wen)表可(ke)直(zhi)接(jie)(jie)讀出溫(wen)(wen)度數(shu)值(zhi)。保溫(wen)(wen)爐(lu)(lu)上(shang)另裝有(you)(you)三(san)(san)組(zu)(zu) WRE5/26 熱電偶(ou)，配三(san)(san)塊 SR53 智(zhi)能(neng)溫(wen)(wen)度控制表，可(ke)實(shi)(shi)現在(zai)(zai)(zai)線(xian)連(lian)續測溫(wen)(wen)控溫(wen)(wen)，配有(you)(you)計算機接(jie)(jie)口(kou)，具備溫(wen)(wen)度——功率閉環控制，升溫(wen)(wen)、恒溫(wen)(wen)自動控制，工藝(yi)溫(wen)(wen)度在(zai)(zai)(zai)線(xian)存(cun)儲功能(neng)。

爐體上設有氣(qi)動充放(fang)氣(qi)閥一(yi)件(jian)，滿足用(yong)戶對爐體放(fang)氣(qi)，充保護(hu)性(xing)氣(qi)體的要求，在爐體上另(ling)設有備用(yong)接口一(yi)對。