專利名稱：方便組裝的多功能真空晶體生長裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于晶體生長的物理冶金裝置，適用于多種材料，主要用于制備定向結(jié)晶或單晶的(TbDy)Fe2系列的磁致伸縮合金或其它材料的晶體生長，比如定向凝固的鎳基超合金、硅單晶、激光單晶、半導(dǎo)體單晶等等。
背景技術(shù)：
稀土超磁致伸縮合金，是在磁場下尺寸發(fā)生明顯變化的一類功能材料。常用的稀土超磁致伸縮合金是(TbDy)Fe2系合金，如Tb0.27-0.30Dy0.73-0.70Fe1.90-1.95合金，其商品名為Terfeol-D。Terfenol-D需要利用定向凝固技術(shù)制成具有<111>、<112>或<110>取向的定向結(jié)晶多晶或?qū)\生單晶。現(xiàn)在晶體的研究單位和生產(chǎn)企業(yè)，對于不同的晶體材料，對于同類材料針對不同的質(zhì)量要求和工藝要求，時常需要采用不同技術(shù)，需要建立各種相應(yīng)的裝置。由于晶體生長裝置精度高，價格昂貴，同時建立多種裝置大大增加了建設(shè)成本。此外，各種晶體生長設(shè)備在結(jié)構(gòu)上的差異增加了設(shè)備制造廠的困難，針對不同用戶的不同要求，需要單件設(shè)計和單件生產(chǎn)，制造成本高，難以實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、批量化生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是提供一種能方便組裝成多功能真空晶體生長裝置，并且為晶體生長裝置的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化提供條件，生產(chǎn)企業(yè)只需加工或購買一套基礎(chǔ)裝置，就可以組裝出合適于各種晶體制備要求的晶體生產(chǎn)裝置。
本實用新型包括安裝在爐架上的真空-惰性氣體裝置，罐形爐體內(nèi)裝入中部套有一環(huán)形加熱器的爐料處理裝置，該裝置內(nèi)自上而下由上水冷頭、夾持頭、坩堝、冷卻器、冷卻器支架安裝而成，坩堝內(nèi)容放爐料，由電機驅(qū)動的驅(qū)動桿伸入爐體與水冷頭連接，帶動坩堝軸向移動并繞軸旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動桿管內(nèi)構(gòu)成循環(huán)水通道，其特征在于爐體通過與真空-惰性氣體裝置連通的組裝座安裝在爐架上。
組裝座呈四通結(jié)構(gòu)，其上端口與爐體底端連通，其兩側(cè)端口各連通一真空閥，其下端通過可供驅(qū)動桿伸入的下蓋板與支架連接。
當(dāng)組裝座上端口與爐體直徑不一時，組裝座上端口通過一平板法蘭與爐底連接。
當(dāng)爐體高度不夠時，可在組裝座上端口和/或下端口串接爐體延長室，也可接合在爐體頂部。
本實用新型由于在爐體下方增設(shè)了組裝座，使得原有的真空-惰性氣體裝置、電源、爐架、控制系統(tǒng)及水冷卻系統(tǒng)基本不需變動，只需選用不同的爐體及其法蘭、蓋板、爐體延長室等附件，就可組裝出具有不同結(jié)構(gòu)，不同功能的晶體生長設(shè)備，并且為晶體生長裝置的標(biāo)準(zhǔn)化提供了條件。由于設(shè)備投入的降低，進(jìn)而較大幅度地降低了產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。


圖1，真空晶體生長裝置組裝結(jié)構(gòu)的一則實例1-真空-惰性氣體裝置1-1真空機組，1-2真空連接室，1-3主真空管，1-4蝶閥，1-5貯氣罐，1-6氣體主管，1-7氣體支管，1-8～1-13真空閥門，1-14放氣閥，1-15，1-16真空規(guī)管，1-17，1-18真空-壓力表。
2-加熱器-電源系統(tǒng)，2-2加熱器，2-3電源接口。
3-爐體系統(tǒng)3-1爐體組裝座，3-2連接法蘭，3-3爐體，3-4上蓋板，3-5下蓋板。
4-爐架。
5-爐料處理系統(tǒng)5-1爐料，5-2坩堝，5-3夾持頭，5-4水冷頭，5-5籽晶，5-6冷卻器，5-7冷卻器支架。
6-驅(qū)動系統(tǒng)6-1驅(qū)動電機，6-3驅(qū)動桿。
7-控制系統(tǒng)8-冷卻水系統(tǒng)圖2，利用爐體組裝座和連接法蘭組裝不同形式爐體的例子A-金屬爐體，B-金屬爐體，設(shè)門，C-金屬爐體，爐體室由上下兩個分室組成，D--端開口的石英管爐體，E-兩端開口的石英管爐體，F(xiàn)-上方加延長室的金屬爐體，G-下方加延長室的金屬爐體，H-兩端加延長室的金屬爐體，I-大直徑金屬爐體。
3-1組裝座，3-2連接法蘭，3-3爐體，3-3’石英管爐體，3-4上蓋板，3-5下蓋板，3-6爐體延長室，3-7真空密封結(jié)構(gòu)，3-8水冷套，3-3-1觀察窗，3-3-2加熱器電接口，3-3-3操作門，3-3-4爐體上分室，3-3-5爐體下分室。
具體實施方式
參照圖1本實施例。由真空-惰性氣體系統(tǒng)(1)、加熱器-電源系統(tǒng)(2)、爐體系統(tǒng)(3)、爐架(4)、爐料處理系統(tǒng)(5)、驅(qū)動系統(tǒng)(6)、控制系統(tǒng)(7)和冷卻水系統(tǒng)(8)幾部分組成。
其中真空-惰性氣體系統(tǒng)(1)由真空機組(1-1)、真空連接室(1-2)、主真空管(1-3)、真空碟閥(1-4)、貯氣罐(1-5)、氣體主管(1-6)、氣體支管(1-7)、真空閥門(1-8～1-13)、放氣閥(1-14)、真空規(guī)管(1-15，1-16)、真空-壓力表(1-17，1-18)等部件和元件組成。
加熱器-電源系統(tǒng)(2)主要由加熱器(2-2)、電源同加熱器之間的接口(2-3)和加熱器定位器(2-4)組成，在加熱器和爐體的內(nèi)壁之間可以有隔熱材料(2-5)。該系統(tǒng)主要指高頻感應(yīng)系統(tǒng)和(或)電阻加熱系統(tǒng)。前者使用高頻在感應(yīng)電源(2-1)和感應(yīng)圈(2-2)，后者使用交流或直流電源(2’-1)和電阻爐(2’-2)。
爐體系統(tǒng)(3)裝設(shè)爐料處理系統(tǒng)(5)、加熱器(2-2)和驅(qū)動系統(tǒng)(6)，它為爐料提供運行空間和密閉的氣氛環(huán)境。該系統(tǒng)具有合適的直徑和高度，有較大的剛度，能承受輻射高溫，并具有優(yōu)良的真空密封性。此外，爐體系統(tǒng)還必須有很高的加工和裝配精度，必須安裝牢固，以保證加熱器、驅(qū)動系統(tǒng)和爐料系統(tǒng)的位置精度和運行精度。在本實用新型中，該系統(tǒng)主要由爐體組裝座(3-1)、連接法蘭(3-2)、爐體(3-3)、上蓋板(3-4)、下蓋板(3-5)和爐體延長室(3-6)等幾部分組成。
爐架(4)是安裝、固定爐體系統(tǒng)(3)和真空-惰性氣體系統(tǒng)(1)的支架。由于加熱器(2-2)、爐料處理系統(tǒng)(5)和驅(qū)動系統(tǒng)(6)均裝配在爐體系統(tǒng)(3)上，為保證它們的位置精度和運行精度，它應(yīng)該能夠調(diào)整，使?fàn)t體系統(tǒng)的軸線沿鉛垂線方向。此支架應(yīng)該有相應(yīng)大的重量和剛度，最好用地腳螺釘牢固的固定在堅實的隔震基礎(chǔ)上，以便減輕真空機組(1-1)、驅(qū)動系統(tǒng)(6)和外界傳輸?shù)綘t體的震動。
爐料處理系統(tǒng)(5)是把持爐料和晶體，為晶體生長建立必要的條件的裝置。按圖1的結(jié)構(gòu)，該系統(tǒng)包括爐料(5-1)、坩堝(5-2)、夾持頭(5-3)、水冷頭(5-4)、籽晶(5-5)、冷卻器(5-6)和冷卻器支架(5-7)等主要元件。為了阻止側(cè)向傳熱，可以在坩堝外裝設(shè)絕熱套(5-8)，它可以是固定的，可以是隨坩堝或加熱器移動的，也可以兩種同時使用。
驅(qū)動系統(tǒng)(6)是驅(qū)動爐料(5-1)、坩堝(5-2)或加熱器(2-2)沿爐料軸向移動并使?fàn)t料或坩堝繞軸線旋轉(zhuǎn)的機構(gòu)。該系統(tǒng)主要包括動力源電機(6-1)、傳動機構(gòu)(6-2)和執(zhí)行機構(gòu)(6-3)三部分，如電機(6-1)、齒輪-絲杠機構(gòu)(6-2)和驅(qū)動桿(6-3)。驅(qū)動桿的端部安裝水冷頭，把持爐料、坩堝或晶體，并兼作水冷頭的循環(huán)水通道。應(yīng)準(zhǔn)備兩個驅(qū)動機構(gòu)，分別裝在爐體上蓋板(3-3)和下蓋板(3-4)上，但有時只使用一個驅(qū)動機構(gòu)。驅(qū)動系統(tǒng)產(chǎn)生的移動和轉(zhuǎn)動速度應(yīng)可精確調(diào)整，應(yīng)該幾乎不產(chǎn)生震動，剛度必須很高，各元件必須加工精密，安裝精確、牢固，以便獲得很高的定位精度和運行精度。
控制系統(tǒng)(7)用于顯示真空-充氣系統(tǒng)(1)、電加熱系統(tǒng)(2)、驅(qū)動系統(tǒng)(6)和冷卻水系統(tǒng)(8)的工作狀態(tài)，并對它們的工作進(jìn)行控制、保護(hù)和報警。
真空系統(tǒng)(1)、高頻電源(2-1)、感應(yīng)加熱器(2-2)、爐體(3-3)，以及水冷頭(5-4)和冷卻器(5-6)等部件、元件均需要用冷卻水系統(tǒng)(8)冷卻。冷卻水循環(huán)水水源進(jìn)入裝置后，應(yīng)保護(hù)足夠的壓力和流量，最好對主要部件的水壓、流量和水溫進(jìn)行控制、監(jiān)測、顯示、報警和保護(hù)。
爐體系統(tǒng)(3)由爐體組裝座(3-1)、連接法蘭(3-2)、爐體(3-3)、上蓋板(3-4)、下蓋板(3-5)和爐體延長室(3-6)等幾部分組成。它們可以單層結(jié)構(gòu)，也可以是雙層水冷結(jié)構(gòu)。
爐體(3-3)是爐體系統(tǒng)的主要部件，它包括金屬爐體和非金屬爐體兩種類型。
金屬爐體室(3-3)的上、下兩端有法蘭，殼體最好用不銹鋼制作，最好具有通水冷卻的雙層結(jié)構(gòu)。爐體應(yīng)裝設(shè)觀察窗(3-3-1)，裝設(shè)與爐體絕緣的電源的接口(3-3-2)。為了在爐體內(nèi)進(jìn)行操作，應(yīng)于側(cè)壁裝設(shè)可開閉的門(3-3-3)，或?qū)t體室制作成上、下兩個分室(3-3-4，3-3-5)；當(dāng)爐體室的高度不太大，而直徑較大時，則可通過打開上爐蓋直接進(jìn)行操作。爐體的直徑可以有幾種不同的規(guī)格，但高度可以固定，要求爐體有更大的高度時可使用爐體延長室。
非金屬爐體室(3-3’)大多用石英管，包括一端開口管和兩端開口管，結(jié)構(gòu)很簡單。
設(shè)置爐體組裝座(3-1)是本實用新型的關(guān)鍵設(shè)計之一，它一方面與真空-充氣系統(tǒng)(1)接合，一方面與爐體室(3-3)接合。利用它可以裝配不同類型和直徑的爐體室，可以裝配爐體延長室(3-6)。
平板狀連接法蘭(3-2)用于爐體室(3-3)同爐體組裝座(3-1)之間，及爐體同爐體延長室(3-6)之間的過渡連接。它應(yīng)該有與被連接件相匹配的幾種不同規(guī)格。當(dāng)爐體組裝座(3-1)同被連接件的直徑相等時，它們可以直接連接，不需要連接法蘭。連接非金屬爐體室時，除連接法蘭外，還需要保證石英管密封的結(jié)構(gòu)(3-7)和水冷套(3-8)，如真空墊圈-壓緊螺旋裝置。
上蓋板(3-4)和下蓋板(3-5)是結(jié)構(gòu)簡單的平板法蘭，分別用于密封爐體系統(tǒng)的上端和下端，并可安裝上驅(qū)動器和下驅(qū)動器。相應(yīng)于爐體室(3-3)和爐體延長室(3-6)的不同直徑，上、下蓋板可配備幾種不同的規(guī)格。
參照圖2。利用本實用新型提出的爐體組裝座(3-1)和連接法蘭(3-2)及爐體延長室(3-6)，可以組裝出許多不同類型、不同直徑、不同高度的爐體系統(tǒng)。下面僅舉幾個例子a.基本形式(圖2-A～C)-金屬爐體室(3-3)，直徑與爐體組裝座(3-1)的直徑相同，高度不增加，組裝時不使用連接法蘭(3-2)和延長室(3-6)。根據(jù)爐體室是否開側(cè)門，是否分成上、下兩個分室，這種模式又分為三種類型；b.石英爐體室(3-3’)形式(圖2-D，E)-包括一端開口石英管和兩端開口石英管兩種結(jié)構(gòu)。這時除使用連接法蘭外，還需要真空密封結(jié)構(gòu)(3-7)和水冷套(3-8)。在這種模式中，石英管的高度不受限制，但直徑變化較大時需更換水冷套和密封結(jié)構(gòu)。
c.大高度形式(圖2-F～H)-金屬爐體室(3-3)，使用爐體延長室(3-6)增加爐體的高度。包括上面加、下面加和兩端加延長室的三種類型。
d.大直徑形式(圖2-1)-金屬爐體室(3-3)，直徑大于爐體組裝座(3-1)的直徑。這時需要使用連接法蘭(3-2)。它也可以安裝延長室以便則大爐體的高度，但延長室可以有較小的直徑。
權(quán)利要求1.一種方便組裝的多功能真空晶體生長裝置，包括安裝在爐架(4)上的真空-惰性氣體裝置(1)、控制系統(tǒng)(7)、罐形爐體(3-3)內(nèi)裝入中部套有一環(huán)形加熱器(2-2)的爐料處理裝置(5)，該裝置自上而下由水冷頭(5-4)、夾持頭(5-3)、坩堝(5-2)、冷卻器(5-6)、冷卻器支架(5-7)組裝而成，坩堝(5-2)內(nèi)可容放爐料(5-1)；由電機(6-1)驅(qū)動的驅(qū)動桿(6-3)伸入爐體，并且與水冷頭(5-4)連接，帶動坩堝(5-2)軸向移動并繞軸旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動桿(6-3)管內(nèi)構(gòu)成循環(huán)水通道，其特征在于爐體(3-3)通過與真空-惰性氣體裝置連通的組裝座(3-1)安裝在爐架(4)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的真空晶體生長裝置，其特征在于組裝座(3-1)呈四通結(jié)構(gòu)，其上端口與爐體(3-3)底端連通，其兩側(cè)各與一真空閥(1-9)、(1-12)連通，其下端通過可供驅(qū)動桿(6-3)伸入的下蓋板(3-5)安裝在爐架(4)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的真空晶體生長裝置，其特征在于組裝座(3-1)上端口可通過一平板法蘭(3-2)與爐體(3-3)底端連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的真空晶體生長裝置，其特征在于組裝座(3-1)上端口和/或下端口串接爐體延長室(3-6)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的真空晶體生長裝置，其特征在于爐體延長室(3-6)可安裝在爐體(3-3)頂端。
專利摘要本實用新型涉及晶體生長的物理冶金裝置,特別適合于磁環(huán)伸縮材料的制備。包括安裝在爐架(4)上的真空－惰性氣體裝置(1)、控制系統(tǒng)(7)、罐形爐體(3—3)內(nèi)裝入中部套有一環(huán)形加熱器(2—2)的爐料處理裝置(5),爐體(3—3)通過與真空—惰性氣體裝置連通的組裝座(3—1)安裝在爐架(4)上。本實用新型由于在爐體下方增加了組裝座,使得原有的真空—惰性氣體裝置、電源、爐架、控制系統(tǒng)及水冷卻系統(tǒng)基本不需變動,只需選用不同的爐體及其法蘭、蓋板、爐體延長室等附件,就可組裝出具有不同結(jié)構(gòu),不同功能的晶體生長設(shè)備,并且為晶體生長裝置的標(biāo)準(zhǔn)化提供了條件。較大幅度地降低了產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。
文檔編號C30B11/00GK2515209SQ01276500
公開日2002年10月9日 申請日期2001年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月29日
發(fā)明者李碚 申請人:李碚