ZGD10kg 真空感應熔煉定向凝(ning)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(ji)礎(chu)研制開發的一種(zhong)用于(yu)獲得晶體(ti)材料的一種(zhong)現代(dai)化(hua)設備。

2 工作原理：

本(ben)設備利(li)用(yong)中頻感應加熱進行熔(rong)化材料，然后(hou)將(jiang)熔(rong)融的(de)材料倒入(ru)特定形狀(zhuang)的(de)坩(gan)堝(guo)內(nei)，通過石墨(mo)電阻爐 (帶組(zu)合屏) 加熱、保溫(wen)、控溫(wen)。然后(hou)使坩(gan)堝(guo)緩(huan)慢(man)下降，通過一個溫(wen)度梯度較(jiao)大的(de)區域，讓結晶(jing)(jing)從坩(gan)堝(guo)底部開始，逐漸(jian)向(xiang)上推移(yi)，進行晶(jing)(jing)體(ti)(ti)生(sheng)長(chang)。本(ben)產(chan)品主要適(shi)用(yong)于生(sheng)產(chan)堿鹵化物、光(guang)(guang)學晶(jing)(jing)體(ti)(ti)、閃爍晶(jing)(jing)體(ti)(ti)、激光(guang)(guang)晶(jing)(jing)體(ti)(ti)等。

3 主要技術指標：

3.1 坩堝容積： 5~10kg (鋼(gang))

3.2 設備總功率： 145kW

3.3 中頻(pin)電源功率： 60kW

3.4 中頻工作電(dian)壓： 250V

3.5 中頻頻率： ＜4000Hz

3.6 輸入(ru)電壓：三相 380V

3.7 電阻爐總功率： 60kW

3.8 電(dian)阻爐(lu)工作電(dian)壓(ya)： ≤28V

3.9 電阻爐輸入電壓： 220V

3.10 力矩電機輸(shu)入電壓： 220V±10%

3.11 力矩(ju)電機速度(du)設(she)定(ding)： 0.5~500 轉/分

3.12 力矩電(dian)機電(dian)流設定(ding)： 0.10~1.70A

3.13 鑄模拉速(su)范圍(wei)： 0.1~10mm/min (下降)

3.14 拉模行程： 50mm/min (回位(wei))

3.15 拉模工作振動指(zhi)標： 400 行程內振動小于 0.05g 、擺動量小于 20μ m

3.16 熔(rong)化周期(qi)： 小(xiao)于 30min

3.17 極限真空度： 6.67×10-3

3.18 工(gong)作真空度： 6.67×10-2

3.19 壓(ya)升率： 小(xiao)于 3Pa/h

3.20 電(dian)阻(zu)爐溫度(du)： 極限(xian) 1400℃ ￠90×400mm 均(jun)溫區(qu)內(nei)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 冷卻水流量： 9m3/h

3.24 設備總重量： 3.8t (視不(bu)同(tong)的中頻電源略有(you)變化)

4 結(jie)構性能和特(te)點：

4.1 10kg 真空感應熔煉定(ding)向凝固爐的主(zhu)要結構(gou)：爐體(ti)、爐蓋、提升機(ji)構(gou)、轉軸進電、線(xian)圈(quan)、保溫爐、托錠機(ji)構(gou)、真空系(xi)統、液(ye)壓(ya)系(xi)統、氣(qi)動系(xi)統、視窗機(ji)構(gou)、控溫系(xi)統等(deng)。

4.1.1 爐(lu)體(ti)(ti)、爐(lu)蓋(gai)：是組成該類電爐(lu)的(de)真空(kong)容器，所有的(de)其它(ta)機構(gou)都附屬在(zai)爐(lu)體(ti)(ti)爐(lu)蓋(gai)上，爐(lu)體(ti)(ti)的(de)直徑(jing)為 800mm 立式結構(gou)，爐(lu)蓋(gai)可提(ti)升轉動，均(jun)采用水冷夾壁結構(gou)，爐(lu)蓋(gai)采用三圓弧(hu)結構(gou)。

4.12 提(ti)升機構(gou)：

提升機構為爐(lu)體、爐(lu)蓋(gai)的連接機構，通過提升機構，可將爐(lu)蓋(gai)提升起(qi)來回轉，爐(lu)蓋(gai)提升為液壓驅動，電(dian)控操作。

4.13 轉軸進電系統(tong)與傾(qing)爐機(ji)構(gou)：

轉(zhuan)(zhuan)軸為(wei)水冷同軸式饋(kui)電(dian)方式，可以(yi)拆(chai)卸，進(jin)電(dian)系統由 0.1mm 單(dan)(dan)導(dao)(dao)線(xian)(xian)組成截面(mian)導(dao)(dao)線(xian)(xian)50mm2，共(gong) 20 根，制成母線(xian)(xian)與轉(zhuan)(zhuan)軸之間的連線(xian)(xian)，比原來單(dan)(dan)用水冷電(dian)纜的導(dao)(dao)線(xian)(xian)提高(gao)了(le)5%以(yi)上效(xiao)率，線(xian)(xian)路壓降不大于 5V。這樣結構既(ji)提高(gao)了(le)效(xiao)率，轉(zhuan)(zhuan)動(dong)起(qi)來也靈活、可靠。澆鑄傾(qing)爐為(wei)液壓轉(zhuan)(zhuan)動(dong)，手動(dong)操(cao)(cao)作，能夠調(diao)節傾(qing)動(dong)速度，控制臺上設有傾(qing)動(dong)操(cao)(cao)作桿(gan)。

4.1.4 感(gan)應線(xian)圈：

感(gan)應(ying)(ying)線(xian)(xian)圈(quan)(quan)是由(you)一種(zhong)紫銅管制成的(de)(de)，匝(za)與匝(za)之(zhi)間有(you) 3 — 4mm 的(de)(de)間隙，通過外圍的(de)(de)絕(jue)緣板來固定位置(zhi)，感(gan)應(ying)(ying)線(xian)(xian)圈(quan)(quan)和進出電極(ji)間是由(you)螺母(mu)連接的(de)(de)，拆卸方便，既能(neng)保(bao)證(zheng)良好的(de)(de)導電性能(neng)，又(you)能(neng)保(bao)證(zheng)可靠(kao)的(de)(de)真空(kong)密封。由(you)于本設備采用的(de)(de)是感(gan)應(ying)(ying)石墨(mo)(mo)加熱方法，在(zai)線(xian)(xian)圈(quan)(quan)與石墨(mo)(mo)發(fa)熱體(ti)之(zhi)間應(ying)(ying)有(you) 20~30mm 保(bao)溫絕(jue)緣材料，以免線(xian)(xian)圈(quan)(quan)短路，也防止了線(xian)(xian)圈(quan)(quan)直(zhi)接受熱輻射。從試驗結果來看，最 大(da)(da)線(xian)(xian)圈(quan)(quan)電壓不應(ying)(ying)大(da)(da)于 250V，以免引(yin)起放電。

4.15 保溫爐：

采用(yong)(yong)三(san)段電(dian)阻(zu)加(jia)熱(re)，發熱(re)元件為(wei)(wei)高純，高密度石(shi)墨(mo)，加(jia)熱(re)器為(wei)(wei)圓形結構，有效溫(wen)(wen)區(qu)(qu)長400mm，熱(re)區(qu)(qu)溫(wen)(wen)差±5℃。保溫(wen)(wen)采用(yong)(yong)兩(liang)層(ceng)鉬屏，兩(liang)層(ceng)不銹(xiu)鋼屏，一(yi)層(ceng)碳氈組(zu)成(cheng)的組(zu)合屏結構，用(yong)(yong)隔離環和(he)支撐(cheng)桿(gan)連接。外殼采用(yong)(yong)δ 4mm 無磁不銹(xiu)鋼，分(fen)為(wei)(wei)三(san)段，可(ke)(ke)調(diao)整(zheng)三(san)段發熱(re)體(ti)的間隙，保溫(wen)(wen)爐工作(zuo)溫(wen)(wen)度在 800~1300℃。該保溫(wen)(wen)爐利用(yong)(yong)可(ke)(ke)控(kong)硅調(diao)壓(ya)電(dian)源通過三(san)段石(shi)墨(mo)發熱(re)體(ti)進(jin)行加(jia)熱(re)，由 PAC16P 單相調(diao)壓(ya)調(diao)功(gong)/一(yi)體(ti)化智能(neng)電(dian)力(li)調(diao)整(zheng)器與 SR53 智能(neng)溫(wen)(wen)度控(kong)制表進(jin)行溫(wen)(wen)度控(kong)制，自動升溫(wen)(wen)、降(jiang)溫(wen)(wen)、恒溫(wen)(wen)。全過程的微機操作(zuo)系統可(ke)(ke)以對加(jia)熱(re)功(gong)率、溫(wen)(wen)度、升降(jiang)溫(wen)(wen)速度等工藝(yi)參(can)數進(jin)行設置和(he)修(xiu)改，并(bing)(bing)可(ke)(ke)對采集的各類數據進(jin)行存儲、顯示，并(bing)(bing)打印各種(zhong)工作(zuo)狀(zhuang)態(tai)值及曲線(xian)圖，以便對工藝(yi)進(jin)行研究分(fen)析(xi)。

另(ling)外(wai)，用坩(gan)堝下(xia)降法生(sheng)長晶體，對于坩(gan)堝材料(liao)的選擇(ze)和形狀(zhuang)的設計，都有具體要求，由客戶(hu)自己掌握(wo)。

4.1.6 托錠機構：

托錠機構由(you)兩部分組成，出(chu)鋼機構、錠模升降。

4.1.6.1 出鋼機構為液壓驅動，液壓缸通(tong)過連(lian)接(jie)元件(jian)帶動上、下連(lian)在一起的(de)兩(liang)塊滑板，使錠模(mo)升降機構做整體上、下移動，行(xing)程為 650mm，此導軌副為 D 級(ji)的(de)滾(gun)珠直(zhi)線導軌副，傳動定位(wei)準確、可(ke)靠。

4.1.6.2 錠(ding)模(mo)升降機構：

此機(ji)構(gou)采用力(li)矩(ju)測(ce)速機(ji)組加微型擺線減速器帶動(dong)一根 D 級的(de)(de)(de)滾珠絲(si)桿，上(shang)升(sheng)(sheng)下(xia)降(jiang)坩堝(坩堝放(fang)置在(zai)冷卻水(shui)(shui)的(de)(de)(de)升(sheng)(sheng)降(jiang)托(tuo)(tuo)桿上(shang))，水(shui)(shui)冷升(sheng)(sheng)降(jiang)托(tuo)(tuo)桿在(zai)爐(lu)體(ti)(ti)部分裝了一個盛有室溫為(wei)液態合金的(de)(de)(de)水(shui)(shui)冷套，有效的(de)(de)(de)阻(zu)擋了揮發物在(zai)水(shui)(shui)冷升(sheng)(sheng)降(jiang)托(tuo)(tuo)桿上(shang)的(de)(de)(de)沉積，從而降(jiang)低了傳動(dong)阻(zu)力(li)，杜絕了由于沉積物過多，阻(zu)力(li)過大，致使力(li)矩(ju)電機(ji)堵轉(zhuan)，中斷晶體(ti)(ti)生長的(de)(de)(de)情況發生。坩堝的(de)(de)(de)下(xia)降(jiang)速度(du)為(wei) 0.1—10mm/min，連續可調，傳動(dong)平穩、無(wu)噪音、無(wu)爬行，力(li)矩(ju)測(ce)速機(ji)組的(de)(de)(de)電源有計算機(ji)接口，可遠程控制(zhi)晶體(ti)(ti)的(de)(de)(de)生長速率。

4.1.6.3 真空系(xi)統：

為(wei)了能在整個熔煉(lian)過程中，有良好(hao)的工作真(zhen)空度，本設(she)備真(zhen)空機組配置為(wei) KT—300 油擴散泵一臺(tai)、ZJ—150 羅茨泵一臺(tai)、2X—70 機械泵一臺(tai)。真(zhen)空系統均有氣(qi)動閥門來控(kong)制，閥門由￠300mm 氣(qi)動翻板閥、￠90mm 氣(qi)動蝶閥、￠

100mm 氣(qi)動蝶閥、￠80mm 電磁放氣(qi)閥組成。所有閥門(men)均(jun)由壓縮空(kong)氣(qi)驅動，電氣(qi)開(kai)關(guan)操作(zuo)，亦可(ke)手動操作(zuo)，方便快捷，閥門(men)使用壽命長。

4.1.6.4 液壓(ya)系(xi)統：

主要滿足爐蓋(gai)的(de)提升(sheng)，坩堝(guo)傾轉，托錠機(ji)構上升(sheng)、下降等動力(li)驅動，爐蓋(gai)提升(sheng)、托錠機(ji)構提升(sheng)可調(diao)速，同(tong)時設有液(ye)壓鎖，保證其動作安全可靠，傾爐采用我所設計開發的(de)手(shou)動液(ye)壓比(bi)例(li)閥，以便控制澆(jiao)注速度。

4.1.6.5 氣動系統：

所有(you)閥(fa)門均(jun)為(wei)氣動驅動，操(cao)(cao)作為(wei)電動、手(shou)動操(cao)(cao)作。

4.1.6.6 視窗機構：

在爐(lu)蓋上(shang)安有視窗(chuang)機(ji)構(gou)，三個(ge)觀(guan)(guan)察(cha)(cha)孔，均(jun)為雙層石英玻(bo)(bo)璃(li)，另有一(yi)(yi)(yi)組隔熱屏，其上(shang)有銅刷，由一(yi)(yi)(yi)臺微型電(dian)機(ji)驅動，電(dian)機(ji)轉動時(shi)可(ke)(ke)觀(guan)(guan)察(cha)(cha)爐(lu)內的(de)(de)(de)情況，并可(ke)(ke)有效的(de)(de)(de)防(fang)止金屬蒸氣(qi)對(dui)玻(bo)(bo)璃(li)的(de)(de)(de)污染，同時(shi)利(li)用銅刷隨時(shi)清除附著玻(bo)(bo)璃(li)上(shang)的(de)(de)(de)臟(zang)物，如玻(bo)(bo)璃(li)損(sun)壞，亦可(ke)(ke)以(yi)方便調換。其中一(yi)(yi)(yi)個(ge)觀(guan)(guan)察(cha)(cha)孔，制(zhi)成水冷觀(guan)(guan)察(cha)(cha)孔，以(yi)便用戶(hu)(hu)配置(zhi)電(dian)視攝象機(ji)時(shi)，保護攝象頭。一(yi)(yi)(yi)個(ge)為用戶(hu)(hu)配紅外測溫(wen)裝置(zhi)時(shi)用，另一(yi)(yi)(yi)個(ge)可(ke)(ke)讓(rang)操作者直接觀(guan)(guan)察(cha)(cha)。

4.1.6.7 測溫裝置：

在(zai)爐(lu)體上有(you)一(yi)組(zu)、爐(lu)底有(you)三(san)組(zu)測(ce)(ce)溫(wen)(wen)(wen)裝(zhuang)置，裝(zhuang)上 WRE5/26 熱電偶(ou)和(he)(he)保護管，可(ke)(ke)分別(bie)實現對熔(rong)煉(lian)爐(lu)和(he)(he)保溫(wen)(wen)(wen)爐(lu)的連續在(zai)線測(ce)(ce)溫(wen)(wen)(wen)，由普通測(ce)(ce)溫(wen)(wen)(wen)表可(ke)(ke)直接(jie)讀出溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)數值。保溫(wen)(wen)(wen)爐(lu)上另裝(zhuang)有(you)三(san)組(zu) WRE5/26 熱電偶(ou)，配三(san)塊(kuai) SR53 智能(neng)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)控制(zhi)表，可(ke)(ke)實現在(zai)線連續測(ce)(ce)溫(wen)(wen)(wen)控溫(wen)(wen)(wen)，配有(you)計算機接(jie)口，具備溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)——功率閉(bi)環控制(zhi)，升(sheng)溫(wen)(wen)(wen)、恒(heng)溫(wen)(wen)(wen)自動控制(zhi)，工藝(yi)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)在(zai)線存儲功能(neng)。

爐體上(shang)設(she)(she)有氣(qi)動充放(fang)氣(qi)閥一(yi)件，滿足用戶對(dui)爐體放(fang)氣(qi)，充保護性氣(qi)體的要求，在(zai)爐體上(shang)另設(she)(she)有備(bei)用接口一(yi)對(dui)。