ZGD10kg 真空感應熔煉定向凝固爐技術條件

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(wei)基礎研制開(kai)發(fa)的一種(zhong)用于獲得(de)晶體材料的一種(zhong)現代化設備。

2 工作原理：

本(ben)設備利用(yong)中頻感應加熱(re)進行熔(rong)(rong)化材料，然后(hou)將熔(rong)(rong)融(rong)的材料倒入特定(ding)形狀(zhuang)的坩堝(guo)(guo)內，通(tong)過石墨電阻爐 (帶組(zu)合屏) 加熱(re)、保(bao)溫(wen)、控溫(wen)。然后(hou)使坩堝(guo)(guo)緩慢下降，通(tong)過一個(ge)溫(wen)度梯度較大(da)的區域，讓結(jie)晶(jing)從坩堝(guo)(guo)底(di)部開(kai)始，逐漸向(xiang)上推移(yi)，進行晶(jing)體(ti)生(sheng)(sheng)長(chang)。本(ben)產品主要適用(yong)于生(sheng)(sheng)產堿鹵化物、光(guang)學晶(jing)體(ti)、閃爍晶(jing)體(ti)、激光(guang)晶(jing)體(ti)等(deng)。

3 主要技術指標：

3.1 坩堝容積： 5~10kg (鋼)

3.2 設備總功率： 145kW

3.3 中頻電源功率： 60kW

3.4 中頻(pin)工(gong)作電壓： 250V

3.5 中頻(pin)頻(pin)率： ＜4000Hz

3.6 輸入電(dian)壓：三(san)相 380V

3.7 電(dian)阻爐總功率： 60kW

3.8 電阻(zu)爐工(gong)作電壓： ≤28V

3.9 電(dian)阻爐輸(shu)入電(dian)壓： 220V

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

3.11 力矩(ju)電機速度設定： 0.5~500 轉(zhuan)/分

3.12 力矩電機(ji)電流設定： 0.10~1.70A

3.13 鑄模拉速范圍： 0.1~10mm/min (下降)

3.14 拉模行程： 50mm/min (回位(wei))

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

3.16 熔化周期： 小于 30min

3.17 極限真空度： 6.67×10-3

3.18 工(gong)作(zuo)真空度(du)： 6.67×10-2

3.19 壓升率： 小于 3Pa/h

3.20 電(dian)阻爐溫(wen)度： 極限 1400℃ ￠90×400mm 均溫(wen)區內溫(wen)差±5℃

3.21 中頻(pin)熔(rong)煉溫度： 極限 1700℃

3.22 冷卻(que)水壓： 0.15MPa — 0.3MPa

3.23 冷卻水(shui)流量： 9m3/h

3.24 設備總重量： 3.8t (視(shi)不同的中頻電源(yuan)略有變化)

4 結構(gou)性能和特點：

4.1 10kg 真空(kong)感(gan)應熔煉定向凝固(gu)爐的主要結構：爐體、爐蓋、提升(sheng)機構、轉軸進電、線圈、保溫爐、托錠機構、真空(kong)系統(tong)(tong)(tong)(tong)、液壓系統(tong)(tong)(tong)(tong)、氣動(dong)系統(tong)(tong)(tong)(tong)、視窗(chuang)機構、控溫系統(tong)(tong)(tong)(tong)等。

4.1.1 爐(lu)(lu)(lu)體、爐(lu)(lu)(lu)蓋(gai)：是組(zu)成該(gai)類電爐(lu)(lu)(lu)的(de)真空容器(qi)，所(suo)有的(de)其它機構(gou)都附屬在爐(lu)(lu)(lu)體爐(lu)(lu)(lu)蓋(gai)上，爐(lu)(lu)(lu)體的(de)直徑為 800mm 立式結(jie)(jie)構(gou)，爐(lu)(lu)(lu)蓋(gai)可提升轉(zhuan)動，均采(cai)用水冷夾壁結(jie)(jie)構(gou)，爐(lu)(lu)(lu)蓋(gai)采(cai)用三圓弧結(jie)(jie)構(gou)。

4.12 提升(sheng)機構：

提(ti)升(sheng)(sheng)機構(gou)為爐體、爐蓋(gai)的連接(jie)機構(gou)，通過提(ti)升(sheng)(sheng)機構(gou)，可將爐蓋(gai)提(ti)升(sheng)(sheng)起來回(hui)轉，爐蓋(gai)提(ti)升(sheng)(sheng)為液壓驅動(dong)，電(dian)控操作。

4.13 轉軸(zhou)進電系(xi)統與(yu)傾爐機構：

轉(zhuan)軸為(wei)水(shui)冷同軸式饋電(dian)方式，可以(yi)拆卸，進電(dian)系統由(you) 0.1mm 單(dan)(dan)導(dao)(dao)線組(zu)成(cheng)(cheng)截面導(dao)(dao)線50mm2，共 20 根，制成(cheng)(cheng)母線與轉(zhuan)軸之間的連線，比原來(lai)單(dan)(dan)用水(shui)冷電(dian)纜的導(dao)(dao)線提高(gao)了5%以(yi)上效率(lv)，線路壓降不大于 5V。這樣結構既提高(gao)了效率(lv)，轉(zhuan)動(dong)起(qi)來(lai)也(ye)靈活、可靠。澆鑄傾爐為(wei)液(ye)壓轉(zhuan)動(dong)，手動(dong)操(cao)作(zuo)，能夠調節傾動(dong)速度，控(kong)制臺上設(she)有傾動(dong)操(cao)作(zuo)桿。

4.1.4 感應線圈：

感(gan)應線(xian)圈(quan)(quan)(quan)是由一種紫銅管制成(cheng)的(de)(de)，匝與匝之(zhi)間(jian)(jian)有 3 — 4mm 的(de)(de)間(jian)(jian)隙，通過外(wai)圍的(de)(de)絕緣板(ban)來(lai)固定位置，感(gan)應線(xian)圈(quan)(quan)(quan)和進出電極(ji)間(jian)(jian)是由螺母連接的(de)(de)，拆卸方(fang)便，既(ji)能保(bao)證良好的(de)(de)導電性能，又能保(bao)證可靠的(de)(de)真空密封。由于本(ben)設備采用的(de)(de)是感(gan)應石墨加熱方(fang)法，在線(xian)圈(quan)(quan)(quan)與石墨發熱體(ti)之(zhi)間(jian)(jian)應有 20~30mm 保(bao)溫絕緣材料，以(yi)免(mian)線(xian)圈(quan)(quan)(quan)短路(lu)，也防止(zhi)了線(xian)圈(quan)(quan)(quan)直(zhi)接受(shou)熱輻射。從(cong)試驗(yan)結果來(lai)看，最(zui) 大線(xian)圈(quan)(quan)(quan)電壓不(bu)應大于 250V，以(yi)免(mian)引起放電。

4.15 保溫爐：

采(cai)(cai)用(yong)三段(duan)電(dian)(dian)阻(zu)加熱(re)(re)(re)，發熱(re)(re)(re)元(yuan)件為高純(chun)，高密度石墨(mo)，加熱(re)(re)(re)器(qi)為圓(yuan)形結(jie)構(gou)，有效溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)區(qu)長400mm，熱(re)(re)(re)區(qu)溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)差±5℃。保(bao)溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)采(cai)(cai)用(yong)兩(liang)層(ceng)鉬屏(ping)，兩(liang)層(ceng)不銹鋼(gang)屏(ping)，一層(ceng)碳氈組(zu)成的(de)組(zu)合(he)屏(ping)結(jie)構(gou)，用(yong)隔離環和支撐桿連(lian)接(jie)。外殼(ke)采(cai)(cai)用(yong)δ 4mm 無磁不銹鋼(gang)，分(fen)為三段(duan)，可調(diao)(diao)(diao)(diao)(diao)整(zheng)三段(duan)發熱(re)(re)(re)體的(de)間隙，保(bao)溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)爐工(gong)作溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度在 800~1300℃。該(gai)保(bao)溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)爐利用(yong)可控硅調(diao)(diao)(diao)(diao)(diao)壓電(dian)(dian)源通過(guo)三段(duan)石墨(mo)發熱(re)(re)(re)體進(jin)(jin)行加熱(re)(re)(re)，由 PAC16P 單相(xiang)調(diao)(diao)(diao)(diao)(diao)壓調(diao)(diao)(diao)(diao)(diao)功(gong)/一體化智(zhi)(zhi)能電(dian)(dian)力調(diao)(diao)(diao)(diao)(diao)整(zheng)器(qi)與 SR53 智(zhi)(zhi)能溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度控制表進(jin)(jin)行溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度控制，自動升(sheng)溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)、降溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)、恒溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)。全過(guo)程的(de)微機操作系(xi)統(tong)可以對(dui)加熱(re)(re)(re)功(gong)率、溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度、升(sheng)降溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)速度等工(gong)藝(yi)參數(shu)進(jin)(jin)行設置和修改，并可對(dui)采(cai)(cai)集的(de)各(ge)類(lei)數(shu)據進(jin)(jin)行存儲、顯示(shi)，并打印各(ge)種工(gong)作狀態值(zhi)及(ji)曲(qu)線圖，以便對(dui)工(gong)藝(yi)進(jin)(jin)行研究分(fen)析。

另外，用(yong)坩堝(guo)下降(jiang)法生長晶體，對于坩堝(guo)材料的選擇和形狀的設(she)計，都有具體要(yao)求，由(you)客戶自己掌握(wo)。

4.1.6 托錠(ding)機構：

托錠機構(gou)由兩部(bu)分組成，出鋼機構(gou)、錠模升降。

4.1.6.1 出鋼機構為(wei)(wei)液壓驅動，液壓缸通過連(lian)(lian)接元件帶動上、下(xia)連(lian)(lian)在(zai)一起(qi)的兩塊滑板(ban)，使錠(ding)模升降(jiang)機構做整體上、下(xia)移動，行程為(wei)(wei) 650mm，此導軌副(fu)為(wei)(wei) D 級的滾珠直線導軌副(fu)，傳動定位準確、可靠。

4.1.6.2 錠模升降機構：

此機(ji)(ji)構采用力矩測(ce)(ce)速機(ji)(ji)組加微型擺(bai)線減速器帶動一根 D 級的(de)滾珠絲桿，上(shang)(shang)升(sheng)下降(jiang)(jiang)坩(gan)堝(坩(gan)堝放置在(zai)冷(leng)卻水(shui)(shui)的(de)升(sheng)降(jiang)(jiang)托(tuo)桿上(shang)(shang))，水(shui)(shui)冷(leng)升(sheng)降(jiang)(jiang)托(tuo)桿在(zai)爐體部(bu)分裝了一個盛有(you)室溫為(wei)液態合(he)金的(de)水(shui)(shui)冷(leng)套(tao)，有(you)效的(de)阻(zu)擋了揮發物在(zai)水(shui)(shui)冷(leng)升(sheng)降(jiang)(jiang)托(tuo)桿上(shang)(shang)的(de)沉(chen)積，從而(er)降(jiang)(jiang)低了傳動阻(zu)力，杜絕了由于(yu)沉(chen)積物過(guo)多，阻(zu)力過(guo)大，致使力矩電機(ji)(ji)堵轉，中斷晶(jing)體生長(chang)的(de)情況(kuang)發生。坩(gan)堝的(de)下降(jiang)(jiang)速度為(wei) 0.1—10mm/min，連續(xu)可(ke)調，傳動平穩、無噪音、無爬行，力矩測(ce)(ce)速機(ji)(ji)組的(de)電源有(you)計算(suan)機(ji)(ji)接口，可(ke)遠程控(kong)制(zhi)晶(jing)體的(de)生長(chang)速率(lv)。

4.1.6.3 真空系統：

為了能在整(zheng)個熔煉(lian)過程中(zhong)，有(you)良好(hao)的工(gong)作真空度，本設備真空機(ji)組配置為 KT—300 油(you)擴散泵(beng)一(yi)(yi)臺(tai)、ZJ—150 羅茨(ci)泵(beng)一(yi)(yi)臺(tai)、2X—70 機(ji)械泵(beng)一(yi)(yi)臺(tai)。真空系統(tong)均有(you)氣(qi)動(dong)閥(fa)(fa)門來(lai)控制，閥(fa)(fa)門由(you)￠300mm 氣(qi)動(dong)翻(fan)板閥(fa)(fa)、￠90mm 氣(qi)動(dong)蝶閥(fa)(fa)、￠

100mm 氣(qi)動蝶閥(fa)、￠80mm 電(dian)磁放氣(qi)閥(fa)組成。所有閥(fa)門均由(you)壓縮(suo)空(kong)氣(qi)驅(qu)動，電(dian)氣(qi)開關操作，亦可手動操作，方便快捷，閥(fa)門使用壽命長(chang)。

4.1.6.4 液壓(ya)系統：

主要(yao)滿足爐(lu)蓋的(de)提(ti)升，坩堝傾轉，托錠(ding)機構上升、下降(jiang)等動(dong)力驅(qu)動(dong)，爐(lu)蓋提(ti)升、托錠(ding)機構提(ti)升可(ke)調速，同時(shi)設有(you)液壓(ya)(ya)鎖(suo)，保證其動(dong)作安全可(ke)靠(kao)，傾爐(lu)采用我所設計(ji)開發的(de)手(shou)動(dong)液壓(ya)(ya)比(bi)例閥，以便控制澆注(zhu)速度。

4.1.6.5 氣動系統：

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

4.1.6.6 視窗機構：

在爐蓋上安有視窗機構，三個觀(guan)察孔，均為雙(shuang)層石英玻(bo)璃，另有一組隔(ge)熱屏(ping)，其上有銅(tong)刷(shua)，由(you)一臺微型電(dian)機驅動(dong)，電(dian)機轉動(dong)時(shi)(shi)可觀(guan)察爐內(nei)的(de)情況，并(bing)可有效的(de)防止金(jin)屬蒸氣對玻(bo)璃的(de)污(wu)染，同時(shi)(shi)利用銅(tong)刷(shua)隨時(shi)(shi)清除附著玻(bo)璃上的(de)臟物，如(ru)玻(bo)璃損壞，亦可以(yi)方便調換。其中(zhong)一個觀(guan)察孔，制成水冷觀(guan)察孔，以(yi)便用戶(hu)配(pei)置電(dian)視攝象(xiang)機時(shi)(shi)，保護攝象(xiang)頭。一個為用戶(hu)配(pei)紅(hong)外測(ce)溫裝置時(shi)(shi)用，另一個可讓(rang)操作者直接觀(guan)察。

4.1.6.7 測溫裝置：

在(zai)爐(lu)體(ti)上有一組(zu)、爐(lu)底有三(san)組(zu)測溫(wen)裝置，裝上 WRE5/26 熱電偶和保護管，可(ke)分別(bie)實現對熔(rong)煉(lian)爐(lu)和保溫(wen)爐(lu)的連續在(zai)線測溫(wen)，由普通測溫(wen)表可(ke)直接讀(du)出溫(wen)度數值。保溫(wen)爐(lu)上另裝有三(san)組(zu) WRE5/26 熱電偶，配三(san)塊 SR53 智(zhi)能溫(wen)度控(kong)制(zhi)(zhi)表，可(ke)實現在(zai)線連續測溫(wen)控(kong)溫(wen)，配有計算機接口，具備溫(wen)度——功(gong)率閉環控(kong)制(zhi)(zhi)，升溫(wen)、恒溫(wen)自動控(kong)制(zhi)(zhi)，工藝(yi)溫(wen)度在(zai)線存儲功(gong)能。

爐(lu)(lu)體(ti)(ti)上設有氣動充放氣閥一件，滿足用(yong)戶(hu)對爐(lu)(lu)體(ti)(ti)放氣，充保護(hu)性氣體(ti)(ti)的要求，在爐(lu)(lu)體(ti)(ti)上另(ling)設有備用(yong)接口(kou)一對。