《上轴升降装置对人工晶体炉的影响》
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[摘 要]本文通过用改进上轴升降装置选用软轴替代传统的硬轴,有效的避免了硬轴的加工难度问题,同时避免了因硬轴的机械精度而引起的晶体外观质量问题,大大提升了晶体的良率等,由于使用软轴,取消了对硬轴的水冷装置,由于使用软轴,有效的降低了设备的高度,大大降低了设备的投入成本等,具有结构简单,使用方便等特点,适合大范围的推广和应用.
[关键词]晶体炉；蓝宝石；上轴装置；
中图分类号：S62 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）06-0319-02
Influence of upper shaft lifting device on IOL
furnace
Liu Qifeng, Liu Hongtao, Shi Xiaowei and Shao Wei
（Luoyang Jin Nuo Mechanical Engineering Co., Ltd., Luoyang 471003）
[Abstract]In this paper, by using the improved shaft lifting device, the soft shaft is used instead of the traditional hard axis, which effectively oids the difficulty of the hard axis machining. At the same time, it oids the crystal appearance quality caused by the mechanical precision of the hard shaft, and greatly improves the good rate of the crystal. In the use of the soft shaft, it effectively reduces the height of the equipment, greatly reduces the cost of equipment and so on. It has the characteristics of simple structure, easy to use and so on. It is suitable for wide extension and application.
[Key words]crystal furnace； sapphire； upper shaft device；
1.前言
人工制备蓝宝石晶体材料目前己有很多种方法,主要有：泡生法（Kyropolous ,简 称 Ky 法）、导模法（即 Edge Defined Film-fed Growth techniques ,简称 EFG 法）、热交换法（即 Heat Exchange Method,简称 HEM 沾）,提拉法（Czochralski ）,布里奇曼法 CBridgman ）,坩埚下降法等.以EFG法为例,制造方法大致如下：将氧化铝原料装入钨钼坩埚内,加热熔融,在坩埚内部放入特定的模具,模具开有适当宽度的孔或槽.由于氧化铝与模具之间具有浸润性,故在毛细作用下,溶液可爬升至模具顶端,并在模具顶部形成一层薄膜.
上轴升降装置的下端连接籽晶夹持器[2],籽晶夹持器的轴端连接装置与籽晶轴连接,籽晶固定于籽晶夹持器主体上,移动籽晶轴使籽晶夹持器下端的籽晶与模具上表面的氧化铝薄膜接触.籽晶通过籽晶轴以一定速度向上提拉、不断提升,待其脱离高温区域后,晶体即结晶形成固态晶体.借助毛细作用可实现持续供料,由此实现连续的晶体拉制.
由此可见,在蓝宝石单晶材料的制备过程中,上轴升降装置是重要的部件[1].在拉制晶体的过程中,上轴升降装置需要始终保持籽晶相对准确的位置[3],同时还需确保在晶体的拉制过程中速度稳定等.
上轴升降装置目前较常用的是双层水冷硬轴,在硬轴的下端安装籽晶夹持器,其运动原理是利用电机驱动滚珠丝杠,滚珠丝杠带动直线导轨副运动,硬轴通过固定装置与直线导轨副相连接[3],利用直线导轨副的上下运动实现硬轴的上下运动,进而实现晶体的拉制[4].在实际使用过程中,由于炉室内的温度较高,为了确保硬轴能正常工作,硬轴必须采用耐温高的原材料制作,同时对硬轴进行强制冷却（硬轴为双层水冷硬轴）,以避免硬轴的损坏.另外为保证所拉制晶体的平整度、直线度等要求,对硬轴的直线度等机械要求程度相对也较高.同时随着晶体的拉制长度越来越长（目前硬軸的合适拉制晶体长度在600mm以下）,在超过1米长度晶体的拉制过程中硬轴的加工难道会成几何倍的增加,同时其圆柱度及直线度根本无法保证晶体的拉制要求.另外随着晶体长度需求的增加,如果上轴为硬轴的话设备高度也需增加,进而要求厂房高度随之增加,此时会带来相关投入的增加等,因此,迫切需要设计一种新的上轴升降装置来满足生产需求.
2.上轴升降装置原理
本文研究的上轴升降装置,用软轴替代硬轴,有效的避免了硬轴的加工难问题,同时还取消了对硬轴的水冷装置.上轴升降装置包括包括驱动电机、升降机构、减速机、安装板和支撑套,在安装板的下面设有至少两个支撑套,支撑套的下面设置在上炉室顶板上,在安装板的上面设有至少两套升降机构,每套升降机构中滚珠花键的滑动块连接卷轮,在卷轮外缘面的一端设有螺旋形软轴固定槽,在软轴固定槽内缠绕有软轴,软轴依次穿过安装板、支撑套和上炉室顶板连接籽晶夹头连接座,在卷轮外缘面的另一端设有外螺纹,外螺纹连接螺母,螺母固定设置在左端盖上,滚珠花键的一端通过联轴器A连接减速机的输出轴,减速机的输入轴通过联轴器B连接驱动电机.
3.实施分析
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