ZGD10kg 真空感應(yīng)熔煉定向凝固爐技術(shù)條件

1 概述：

真空感應(yīng)熔煉定向凝固爐是我所以真空感應(yīng)熔煉爐為基礎(chǔ)研制開發(fā)的一種用于獲得晶體材料的一種現(xiàn)代化設(shè)備。

2 工作原理：

本設(shè)備利用中頻感應(yīng)加熱進(jìn)行熔化材料，然后將熔融的材料倒入特定形狀的坩堝內(nèi)，通過石墨電阻爐 (帶組合屏) 加熱、保溫、控溫。然后使坩堝緩慢下降，通過一個(gè)溫度梯度較大的區(qū)域，讓結(jié)晶從坩堝底部開始，逐漸向上推移，進(jìn)行晶體生長(zhǎng)。本產(chǎn)品主要適用于生產(chǎn)堿鹵化物、光學(xué)晶體、閃爍晶體、激光晶體等。

3 主要技術(shù)指標(biāo)：

3.1 坩堝容積： 5~10kg (鋼)

3.2 設(shè)備總功率： 145kW

3.3 中頻電源功率： 60kW

3.4 中頻工作電壓： 250V

3.5 中頻頻率： ＜4000Hz

3.6 輸入電壓：三相 380V

3.7 電阻爐總功率： 60kW

3.8 電阻爐工作電壓： ≤28V

3.9 電阻爐輸入電壓： 220V

3.10 力矩電機(jī)輸入電壓： 220V±10%

3.11 力矩電機(jī)速度設(shè)定： 0.5~500 轉(zhuǎn)/分

3.12 力矩電機(jī)電流設(shè)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)

3.15 拉模工作振動(dòng)指標(biāo)： 400 行程內(nèi)振動(dòng)小于 0.05g 、擺動(dòng)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 工作真空度： 6.67×10-2

3.19 壓升率： 小于 3Pa/h

3.20 電阻爐溫度： 極限 1400℃ ￠90×400mm 均溫區(qū)內(nèi)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(shè)備總重量： 3.8t (視不同的中頻電源略有變化)

4 結(jié)構(gòu)性能和特點(diǎn)：

4.1 10kg 真空感應(yīng)熔煉定向凝固爐的主要結(jié)構(gòu)：爐體、爐蓋、提升機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)軸進(jìn)電、線圈、保溫爐、托錠機(jī)構(gòu)、真空系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、氣動(dòng)系統(tǒng)、視窗機(jī)構(gòu)、控溫系統(tǒng)等。

4.1.1 爐體、爐蓋：是組成該類電爐的真空容器，所有的其它機(jī)構(gòu)都附屬在爐體爐蓋上，爐體的直徑為 800mm 立式結(jié)構(gòu)，爐蓋可提升轉(zhuǎn)動(dòng)，均采用水冷夾壁結(jié)構(gòu)，爐蓋采用三圓弧結(jié)構(gòu)。

4.12 提升機(jī)構(gòu)：

提升機(jī)構(gòu)為爐體、爐蓋的連接機(jī)構(gòu)，通過提升機(jī)構(gòu)，可將爐蓋提升起來回轉(zhuǎn)，爐蓋提升為液壓驅(qū)動(dòng)，電控操作。

4.13 轉(zhuǎn)軸進(jìn)電系統(tǒng)與傾爐機(jī)構(gòu)：

轉(zhuǎn)軸為水冷同軸式饋電方式，可以拆卸，進(jìn)電系統(tǒng)由 0.1mm 單導(dǎo)線組成截面導(dǎo)線50mm2，共 20 根，制成母線與轉(zhuǎn)軸之間的連線，比原來單用水冷電纜的導(dǎo)線提高了5%以上效率，線路壓降不大于 5V。這樣結(jié)構(gòu)既提高了效率，轉(zhuǎn)動(dòng)起來也靈活、可靠。澆鑄傾爐為液壓轉(zhuǎn)動(dòng)，手動(dòng)操作，能夠調(diào)節(jié)傾動(dòng)速度，控制臺(tái)上設(shè)有傾動(dòng)操作桿。

4.1.4 感應(yīng)線圈：

感應(yīng)線圈是由一種紫銅管制成的，匝與匝之間有 3 — 4mm 的間隙，通過外圍的絕緣板來固定位置，感應(yīng)線圈和進(jìn)出電極間是由螺母連接的，拆卸方便，既能保證良好的導(dǎo)電性能，又能保證可靠的真空密封。由于本設(shè)備采用的是感應(yīng)石墨加熱方法，在線圈與石墨發(fā)熱體之間應(yīng)有 20~30mm 保溫絕緣材料，以免線圈短路，也防止了線圈直接受熱輻射。從試驗(yàn)結(jié)果來看，最 大線圈電壓不應(yīng)大于 250V，以免引起放電。

4.15 保溫爐：

采用三段電阻加熱，發(fā)熱元件為高純，高密度石墨，加熱器為圓形結(jié)構(gòu)，有效溫區(qū)長(zhǎng)400mm，熱區(qū)溫差±5℃。保溫采用兩層鉬屏，兩層不銹鋼屏，一層碳?xì)纸M成的組合屏結(jié)構(gòu)，用隔離環(huán)和支撐桿連接。外殼采用δ 4mm 無磁不銹鋼，分為三段，可調(diào)整三段發(fā)熱體的間隙，保溫爐工作溫度在 800~1300℃。該保溫爐利用可控硅調(diào)壓電源通過三段石墨發(fā)熱體進(jìn)行加熱，由 PAC16P 單相調(diào)壓調(diào)功/一體化智能電力調(diào)整器與 SR53 智能溫度控制表進(jìn)行溫度控制，自動(dòng)升溫、降溫、恒溫。全過程的微機(jī)操作系統(tǒng)可以對(duì)加熱功率、溫度、升降溫速度等工藝參數(shù)進(jìn)行設(shè)置和修改，并可對(duì)采集的各類數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、顯示，并打印各種工作狀態(tài)值及曲線圖，以便對(duì)工藝進(jìn)行研究分析。

另外，用坩堝下降法生長(zhǎng)晶體，對(duì)于坩堝材料的選擇和形狀的設(shè)計(jì)，都有具體要求，由客戶自己掌握。

4.1.6 托錠機(jī)構(gòu)：

托錠機(jī)構(gòu)由兩部分組成，出鋼機(jī)構(gòu)、錠模升降。

4.1.6.1 出鋼機(jī)構(gòu)為液壓驅(qū)動(dòng)，液壓缸通過連接元件帶動(dòng)上、下連在一起的兩塊滑板，使錠模升降機(jī)構(gòu)做整體上、下移動(dòng)，行程為 650mm，此導(dǎo)軌副為 D 級(jí)的滾珠直線導(dǎo)軌副，傳動(dòng)定位準(zhǔn)確、可靠。

4.1.6.2 錠模升降機(jī)構(gòu)：

此機(jī)構(gòu)采用力矩測(cè)速機(jī)組加微型擺線減速器帶動(dòng)一根 D 級(jí)的滾珠絲桿，上升下降坩堝(坩堝放置在冷卻水的升降托桿上)，水冷升降托桿在爐體部分裝了一個(gè)盛有室溫為液態(tài)合金的水冷套，有效的阻擋了揮發(fā)物在水冷升降托桿上的沉積，從而降低了傳動(dòng)阻力，杜絕了由于沉積物過多，阻力過大，致使力矩電機(jī)堵轉(zhuǎn)，中斷晶體生長(zhǎng)的情況發(fā)生。坩堝的下降速度為 0.1—10mm/min，連續(xù)可調(diào)，傳動(dòng)平穩(wěn)、無噪音、無爬行，力矩測(cè)速機(jī)組的電源有計(jì)算機(jī)接口，可遠(yuǎn)程控制晶體的生長(zhǎng)速率。

4.1.6.3 真空系統(tǒng)：

為了能在整個(gè)熔煉過程中，有良好的工作真空度，本設(shè)備真空機(jī)組配置為 KT—300 油擴(kuò)散泵一臺(tái)、ZJ—150 羅茨泵一臺(tái)、2X—70 機(jī)械泵一臺(tái)。真空系統(tǒng)均有氣動(dòng)閥門來控制，閥門由￠300mm 氣動(dòng)翻板閥、￠90mm 氣動(dòng)蝶閥、￠

100mm 氣動(dòng)蝶閥、￠80mm 電磁放氣閥組成。所有閥門均由壓縮空氣驅(qū)動(dòng)，電氣開關(guān)操作，亦可手動(dòng)操作，方便快捷，閥門使用壽命長(zhǎng)。

4.1.6.4 液壓系統(tǒng)：

主要滿足爐蓋的提升，坩堝傾轉(zhuǎn)，托錠機(jī)構(gòu)上升、下降等動(dòng)力驅(qū)動(dòng)，爐蓋提升、托錠機(jī)構(gòu)提升可調(diào)速，同時(shí)設(shè)有液壓鎖，保證其動(dòng)作安全可靠，傾爐采用我所設(shè)計(jì)開發(fā)的手動(dòng)液壓比例閥，以便控制澆注速度。

4.1.6.5 氣動(dòng)系統(tǒng)：

所有閥門均為氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)，操作為電動(dòng)、手動(dòng)操作。

4.1.6.6 視窗機(jī)構(gòu)：

在爐蓋上安有視窗機(jī)構(gòu)，三個(gè)觀察孔，均為雙層石英玻璃，另有一組隔熱屏，其上有銅刷，由一臺(tái)微型電機(jī)驅(qū)動(dòng)，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)可觀察爐內(nèi)的情況，并可有效的防止金屬蒸氣對(duì)玻璃的污染，同時(shí)利用銅刷隨時(shí)清除附著玻璃上的臟物，如玻璃損壞，亦可以方便調(diào)換。其中一個(gè)觀察孔，制成水冷觀察孔，以便用戶配置電視攝象機(jī)時(shí)，保護(hù)攝象頭。一個(gè)為用戶配紅外測(cè)溫裝置時(shí)用，另一個(gè)可讓操作者直接觀察。

4.1.6.7 測(cè)溫裝置：

在爐體上有一組、爐底有三組測(cè)溫裝置，裝上 WRE5/26 熱電偶和保護(hù)管，可分別實(shí)現(xiàn)對(duì)熔煉爐和保溫爐的連續(xù)在線測(cè)溫，由普通測(cè)溫表可直接讀出溫度數(shù)值。保溫爐上另裝有三組 WRE5/26 熱電偶，配三塊 SR53 智能溫度控制表，可實(shí)現(xiàn)在線連續(xù)測(cè)溫控溫，配有計(jì)算機(jī)接口，具備溫度——功率閉環(huán)控制，升溫、恒溫自動(dòng)控制，工藝溫度在線存儲(chǔ)功能。

爐體上設(shè)有氣動(dòng)充放氣閥一件，滿足用戶對(duì)爐體放氣，充保護(hù)性氣體的要求，在爐體上另設(shè)有備用接口一對(duì)。