ZGD10kg 真空感應熔(rong)煉定向(xiang)凝固爐技(ji)術條件(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礎研制(zhi)開發的一種用于(yu)獲得(de)晶體材(cai)料的一種現代化設(she)備。

2 工作原理：

本(ben)設(she)備利用中頻(pin)感(gan)應加(jia)熱(re)進(jin)行熔(rong)化材料(liao)(liao)，然(ran)后將熔(rong)融(rong)的(de)(de)材料(liao)(liao)倒(dao)入(ru)特定形狀的(de)(de)坩(gan)堝內，通(tong)過石墨電阻爐 (帶組合(he)屏) 加(jia)熱(re)、保溫(wen)、控溫(wen)。然(ran)后使坩(gan)堝緩慢(man)下降，通(tong)過一個溫(wen)度梯度較大的(de)(de)區域，讓結晶(jing)(jing)(jing)(jing)從坩(gan)堝底部(bu)開始(shi)，逐漸(jian)向上推(tui)移(yi)，進(jin)行晶(jing)(jing)(jing)(jing)體生(sheng)長(chang)。本(ben)產品(pin)主要適用于生(sheng)產堿(jian)鹵(lu)化物(wu)、光(guang)學晶(jing)(jing)(jing)(jing)體、閃爍晶(jing)(jing)(jing)(jing)體、激光(guang)晶(jing)(jing)(jing)(jing)體等。

3 主要技術指標：

3.1 坩(gan)堝容積： 5~10kg (鋼)

3.2 設(she)備總功率(lv)： 145kW

3.3 中頻電(dian)源功(gong)率(lv)： 60kW

3.4 中(zhong)頻工作(zuo)電壓： 250V

3.5 中頻(pin)頻(pin)率： ＜4000Hz

3.6 輸入電壓：三相 380V

3.7 電阻爐總(zong)功率： 60kW

3.8 電(dian)(dian)阻爐工作(zuo)電(dian)(dian)壓(ya)： ≤28V

3.9 電阻爐輸(shu)入電壓(ya)： 220V

3.10 力矩電機輸入電壓(ya)： 220V±10%

3.11 力矩電機速度設定(ding)： 0.5~500 轉/分

3.12 力矩電機(ji)電流設定： 0.10~1.70A

3.13 鑄模拉速(su)范圍： 0.1~10mm/min (下(xia)降(jiang))

3.14 拉模行(xing)程： 50mm/min (回位)

3.15 拉模工作振動指標： 400 行程內(nei)振動小(xiao)于 0.05g 、擺(bai)動量小(xiao)于 20μ m

3.16 熔化周(zhou)期： 小于 30min

3.17 極限(xian)真空度： 6.67×10-3

3.18 工作真空度： 6.67×10-2

3.19 壓升率(lv)： 小于 3Pa/h

3.20 電阻(zu)爐溫(wen)度： 極(ji)限 1400℃ ￠90×400mm 均溫(wen)區內(nei)溫(wen)差±5℃

3.21 中頻熔煉(lian)溫度： 極限 1700℃

3.22 冷卻水(shui)壓： 0.15MPa — 0.3MPa

3.23 冷卻水流量： 9m3/h

3.24 設備總重量： 3.8t (視不同的中頻電源略有變化(hua))

4 結構性能和特點：

4.1 10kg 真空(kong)感應熔煉定向凝固爐的主(zhu)要結(jie)構：爐體、爐蓋、提升機構、轉軸進電、線圈、保溫(wen)爐、托錠機構、真空(kong)系(xi)(xi)統(tong)、液壓系(xi)(xi)統(tong)、氣動系(xi)(xi)統(tong)、視(shi)窗機構、控溫(wen)系(xi)(xi)統(tong)等。

4.1.1 爐(lu)體(ti)、爐(lu)蓋(gai)(gai)：是組成(cheng)該類(lei)電爐(lu)的真空(kong)容器，所有的其它機構都附(fu)屬在(zai)爐(lu)體(ti)爐(lu)蓋(gai)(gai)上，爐(lu)體(ti)的直徑(jing)為 800mm 立式(shi)結構，爐(lu)蓋(gai)(gai)可(ke)提升轉動(dong)，均(jun)采用水冷夾壁(bi)結構，爐(lu)蓋(gai)(gai)采用三(san)圓弧結構。

4.12 提升(sheng)機構：

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

4.13 轉軸進電系統與傾(qing)爐機構：

轉(zhuan)軸(zhou)為(wei)水冷同(tong)軸(zhou)式饋電(dian)方式，可(ke)以(yi)拆卸，進電(dian)系統(tong)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(yu)轉(zhuan)軸(zhou)之間的連線(xian)，比原來(lai)單用水冷電(dian)纜(lan)的導線(xian)提高了5%以(yi)上(shang)效率(lv)，線(xian)路壓降不大(da)于 5V。這樣結構既提高了效率(lv)，轉(zhuan)動(dong)起(qi)來(lai)也靈活、可(ke)靠。澆鑄(zhu)傾爐為(wei)液壓轉(zhuan)動(dong)，手動(dong)操作，能夠調節傾動(dong)速度，控制(zhi)臺上(shang)設有傾動(dong)操作桿。

4.1.4 感應線圈：

感應(ying)線(xian)圈是由一種紫(zi)銅管制(zhi)成的，匝與(yu)(yu)匝之間(jian)有(you) 3 — 4mm 的間(jian)隙，通過外圍的絕緣板來(lai)(lai)固定位(wei)置，感應(ying)線(xian)圈和進出電(dian)極間(jian)是由螺母連接(jie)的，拆卸方便，既能(neng)保證(zheng)良好(hao)的導電(dian)性能(neng)，又能(neng)保證(zheng)可靠(kao)的真空密封。由于本(ben)設備采用的是感應(ying)石(shi)墨加熱(re)(re)方法，在線(xian)圈與(yu)(yu)石(shi)墨發熱(re)(re)體之間(jian)應(ying)有(you) 20~30mm 保溫絕緣材料，以免線(xian)圈短路，也防止了線(xian)圈直接(jie)受熱(re)(re)輻射。從試驗結果(guo)來(lai)(lai)看，最 大線(xian)圈電(dian)壓不應(ying)大于 250V，以免引起放電(dian)。

4.15 保溫爐：

采用三(san)段電阻加熱(re)(re)，發熱(re)(re)元件為高(gao)純，高(gao)密(mi)度(du)(du)石墨，加熱(re)(re)器(qi)(qi)為圓形結構(gou)，有效溫區長(chang)400mm，熱(re)(re)區溫差±5℃。保(bao)(bao)溫采用兩層鉬屏(ping)，兩層不銹鋼(gang)屏(ping)，一(yi)層碳(tan)氈組成(cheng)的組合(he)屏(ping)結構(gou)，用隔離環(huan)和(he)支撐桿(gan)連接。外殼采用δ 4mm 無磁(ci)不銹鋼(gang)，分為三(san)段，可調整三(san)段發熱(re)(re)體(ti)的間隙，保(bao)(bao)溫爐(lu)工作溫度(du)(du)在 800~1300℃。該保(bao)(bao)溫爐(lu)利用可控硅調壓電源(yuan)通(tong)過(guo)三(san)段石墨發熱(re)(re)體(ti)進行(xing)(xing)加熱(re)(re)，由 PAC16P 單相調壓調功/一(yi)體(ti)化智能電力調整器(qi)(qi)與 SR53 智能溫度(du)(du)控制(zhi)表進行(xing)(xing)溫度(du)(du)控制(zhi)，自(zi)動升溫、降(jiang)溫、恒溫。全過(guo)程的微機(ji)操作系(xi)統可以對(dui)加熱(re)(re)功率、溫度(du)(du)、升降(jiang)溫速度(du)(du)等(deng)工藝參數進行(xing)(xing)設置和(he)修改，并(bing)可對(dui)采集(ji)的各(ge)類數據(ju)進行(xing)(xing)存儲(chu)、顯(xian)示，并(bing)打印各(ge)種工作狀態(tai)值及曲線圖，以便對(dui)工藝進行(xing)(xing)研究分析。

另外，用坩堝下降(jiang)法生長(chang)晶體，對于坩堝材料的(de)(de)選(xuan)擇和形狀的(de)(de)設計，都有具體要求(qiu)，由客戶自己掌(zhang)握。

4.1.6 托錠機構：

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

4.1.6.1 出鋼機構(gou)(gou)為(wei)液壓(ya)驅動(dong)(dong)，液壓(ya)缸通過連(lian)接(jie)元件(jian)帶動(dong)(dong)上、下連(lian)在一起(qi)的兩(liang)塊滑板，使錠模升(sheng)降機構(gou)(gou)做(zuo)整(zheng)體上、下移動(dong)(dong)，行(xing)程為(wei) 650mm，此導軌副(fu)(fu)為(wei) D 級的滾珠直線(xian)導軌副(fu)(fu)，傳(chuan)動(dong)(dong)定位準確(que)、可靠。

4.1.6.2 錠模升(sheng)降機構(gou)：

此機構采用(yong)力(li)矩(ju)測速(su)(su)機組(zu)加微型(xing)擺線減(jian)速(su)(su)器帶(dai)動(dong)(dong)一根 D 級的(de)滾(gun)珠絲桿，上(shang)(shang)升下降坩堝(guo)(坩堝(guo)放置在冷(leng)(leng)卻水的(de)升降托(tuo)桿上(shang)(shang))，水冷(leng)(leng)升降托(tuo)桿在爐體(ti)部分裝(zhuang)了(le)一個盛有(you)室溫為(wei)液態合金的(de)水冷(leng)(leng)套，有(you)效(xiao)的(de)阻(zu)擋(dang)了(le)揮發物(wu)在水冷(leng)(leng)升降托(tuo)桿上(shang)(shang)的(de)沉積，從而降低了(le)傳(chuan)動(dong)(dong)阻(zu)力(li)，杜絕了(le)由(you)于沉積物(wu)過多，阻(zu)力(li)過大(da)，致(zhi)使(shi)力(li)矩(ju)電機堵轉，中斷晶體(ti)生(sheng)長的(de)情況發生(sheng)。坩堝(guo)的(de)下降速(su)(su)度為(wei) 0.1—10mm/min，連續(xu)可調，傳(chuan)動(dong)(dong)平(ping)穩、無噪(zao)音、無爬行，力(li)矩(ju)測速(su)(su)機組(zu)的(de)電源有(you)計算機接口(kou)，可遠(yuan)程控制(zhi)晶體(ti)的(de)生(sheng)長速(su)(su)率。

4.1.6.3 真空系統：

為(wei)了能在整(zheng)個熔煉(lian)過(guo)程中(zhong)，有良好的工作真空(kong)度，本設備真空(kong)機組配置為(wei) KT—300 油擴散泵一(yi)臺(tai)、ZJ—150 羅茨泵一(yi)臺(tai)、2X—70 機械泵一(yi)臺(tai)。真空(kong)系統均有氣動(dong)閥(fa)門來控制，閥(fa)門由￠300mm 氣動(dong)翻板閥(fa)、￠90mm 氣動(dong)蝶閥(fa)、￠

100mm 氣動(dong)蝶閥(fa)(fa)、￠80mm 電(dian)磁(ci)放氣閥(fa)(fa)組(zu)成。所有閥(fa)(fa)門均由(you)壓縮空氣驅動(dong)，電(dian)氣開關操作(zuo)，亦可手動(dong)操作(zuo)，方(fang)便(bian)快(kuai)捷，閥(fa)(fa)門使(shi)用壽命長。

4.1.6.4 液(ye)壓系(xi)統(tong)：

主要(yao)滿(man)足爐蓋(gai)(gai)的提升，坩堝傾轉，托錠(ding)機構上升、下降等動(dong)力(li)驅動(dong)，爐蓋(gai)(gai)提升、托錠(ding)機構提升可調速(su)，同(tong)時設有液壓(ya)(ya)鎖，保證(zheng)其動(dong)作安(an)全可靠，傾爐采用我所設計(ji)開發的手動(dong)液壓(ya)(ya)比例(li)閥，以便(bian)控制澆(jiao)注(zhu)速(su)度(du)。

4.1.6.5 氣動系(xi)統：

所有閥門均為氣動驅(qu)動，操作為電動、手動操作。

4.1.6.6 視窗機構：

在爐蓋上(shang)安(an)有視窗機構，三個觀(guan)(guan)(guan)察(cha)(cha)孔，均為雙層(ceng)石英玻(bo)璃(li)，另有一(yi)(yi)組隔熱屏，其上(shang)有銅刷，由一(yi)(yi)臺微(wei)型電機驅動，電機轉動時(shi)(shi)可(ke)觀(guan)(guan)(guan)察(cha)(cha)爐內的(de)情況，并可(ke)有效(xiao)的(de)防(fang)止金屬蒸氣對玻(bo)璃(li)的(de)污(wu)染(ran)，同時(shi)(shi)利用銅刷隨時(shi)(shi)清除附著(zhu)玻(bo)璃(li)上(shang)的(de)臟物(wu)，如(ru)玻(bo)璃(li)損壞，亦可(ke)以方(fang)便調(diao)換。其中一(yi)(yi)個觀(guan)(guan)(guan)察(cha)(cha)孔，制成水冷觀(guan)(guan)(guan)察(cha)(cha)孔，以便用戶配置電視攝象機時(shi)(shi)，保護攝象頭。一(yi)(yi)個為用戶配紅(hong)外測溫裝(zhuang)置時(shi)(shi)用，另一(yi)(yi)個可(ke)讓操作者(zhe)直接觀(guan)(guan)(guan)察(cha)(cha)。

4.1.6.7 測溫裝(zhuang)置：

在(zai)爐(lu)體上(shang)有(you)一組(zu)(zu)(zu)、爐(lu)底有(you)三組(zu)(zu)(zu)測溫(wen)(wen)裝置，裝上(shang) WRE5/26 熱電偶和保(bao)(bao)護(hu)管，可(ke)分別實現(xian)對熔煉爐(lu)和保(bao)(bao)溫(wen)(wen)爐(lu)的(de)連續在(zai)線(xian)測溫(wen)(wen)，由普通測溫(wen)(wen)表可(ke)直接讀出(chu)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)數值。保(bao)(bao)溫(wen)(wen)爐(lu)上(shang)另裝有(you)三組(zu)(zu)(zu) WRE5/26 熱電偶，配(pei)三塊 SR53 智能溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)控(kong)制(zhi)表，可(ke)實現(xian)在(zai)線(xian)連續測溫(wen)(wen)控(kong)溫(wen)(wen)，配(pei)有(you)計算機接口，具備溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)——功率(lv)閉環控(kong)制(zhi)，升溫(wen)(wen)、恒溫(wen)(wen)自動控(kong)制(zhi)，工藝(yi)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)在(zai)線(xian)存(cun)儲功能。

爐體(ti)(ti)上設(she)有氣(qi)(qi)動(dong)充放(fang)氣(qi)(qi)閥一(yi)件，滿足用戶對(dui)爐體(ti)(ti)放(fang)氣(qi)(qi)，充保護性氣(qi)(qi)體(ti)(ti)的(de)要求，在爐體(ti)(ti)上另(ling)設(she)有備用接(jie)口一(yi)對(dui)。