一种可以生产金属单晶的悬浮提拉生长炉的制作方法

1.本实用新型涉及晶体生长炉技术领域，具体涉及一种可以生产金属单晶的悬浮提拉生长炉。


背景技术：

2.晶体提拉法又称丘克拉斯基法，此法是由熔体生长单晶的一项最主要的方法，适用于大尺寸完美晶体的批量生产。被加热的提拉炉中盛着熔融的料，籽晶杆带着籽晶由上而下插入熔体，由于固液界面附近的熔体维持一定的过冷度、熔体沿籽晶结晶，并随籽晶的逐渐上升而生长成棒状单晶，提拉炉可以由高频感应或电阻加热。
3.目前，晶体生长炉已经广泛应用在研究院校和实验当中，现在技术的晶体生长炉，大多数都是用于实验室中提拉生长各种氧化物单晶和金属单晶，而对于针对单方面的金属单晶生长的炉子国内还没有涉及，在对晶体进行提拉时不容易对提拉速度进行控制，晶体的提拉效果较差，不能有效的保证晶体的生长效果，同时不方便对生长的晶体进行观察。


技术实现要素：

4.(一)解决的技术问题
5.针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种可以生产金属单晶的悬浮提拉生长炉，克服了现有技术的不足，设计合理，结构紧凑，旨在解决现有的晶体生长炉在对晶体进行提拉时不容易对提拉速度进行控制，晶体的提拉效果较差，同时不方便对生长的晶体进行观察的问题。
6.(二)技术方案
7.为实现以上目的，本实用新型通过以下技术方案予以实现：
8.一种可以生产金属单晶的悬浮提拉生长炉，包括水冷铜坩埚、不锈钢水冷真空腔室、感应射频电源、控制箱、水冷机、抽真空机、提拉机构和坩埚升降机构，所述不锈钢水冷真空腔室下端固定连接有机架，且所述不锈钢水冷真空腔室采用不锈钢双层水冷腔体，确保设备工作时表明温度≤40℃，不锈钢水冷真空腔室的腔体上有观察窗口、四芯陶峰电机、真空压力表及抽真空孔，抽真空孔与抽真空机相连通，所述水冷铜坩埚滑动连接在不锈钢水冷真空腔室内腔下部，水冷铜坩埚下端与坩埚升降机构相连接，坩埚升降机构与不锈钢水冷真空腔室之间密封连接，所述不锈钢水冷真空腔室通过管道与抽真空机贯通连接，抽真空机通过支架固定安装在机架上，所述感应射频电源、水冷机和抽真空机通过控制箱进行控制，所述不锈钢水冷真空腔室的环形内壁上端贯通开设有用于安装提拉杆的滑动孔，且滑动孔上端贯通连接有和提拉杆尺寸相匹配的密封套，所述不锈钢水冷真空腔室上方设有提拉机构；
9.所述提拉机构包括竖直固定安装在不锈钢水冷真空腔室上端的滑轨，滑轨上滑动连接有滑块，滑块水平向外侧延伸并水平固定连接有连动板，连动板上竖直贯通开设有螺纹孔，螺纹孔内螺纹连接有螺柱，螺柱向下延伸并通过转动座转动连接在不锈钢水冷真空
腔室的顶壁上，所述螺柱向上延伸并同轴固定连接在伺服电机的输出端上，伺服电机通过电机支架竖直固定安装在滑轨上端，所述连动板远离滑块一侧的侧壁上固定连接有安装套，安装套对应密封套的上方位置竖直贯通开设有与提拉杆相匹配的安装孔，安装孔上端贯通连接有固定套。
10.优选的，所述不锈钢水冷真空腔室的顶壁和滑轨之间连接有加强肋。
11.优选的，所述连动板和安装套之间固定连接有多个加强筋。
12.优选的，所述固定套的环形侧壁上贯通开设有多个固定孔，固定孔内均螺纹连接有螺栓，螺栓向相近的一侧延伸并固定连接有固定块，多个螺栓向相背离的一侧延伸并螺纹套设有锁定螺母。
13.更优选的，多个所述固定块的相近一侧均设有防滑软垫。
14.优选的，所述坩埚升降机构采用动密封系统，通过手摇微调坩埚上下的位置，调整坩埚与感应线圈的距离。
15.(三)有益效果
16.本实用新型实施例提供了一种可以生产金属单晶的悬浮提拉生长炉，具备以下有益效果：
17.1、本实用新型中，通过水冷铜坩埚在样品熔炼的过程保证水冷，保证金属晶体生长的温度，同时保证坩埚的使用的持久性和安全性。相比国内外现有的陶瓷坩埚、石墨坩埚或者铱金坩埚增加了水冷结构，这是以往坩埚没有的结构。
18.2、本实用新型中，通过坩埚上下移动机构，采用手摇升降丝杆，可以移动坩埚的位置，保证合适熔炼的高度和观察角度。
19.3、本实用新型中，相对于以往的晶体生长炉结构小，体重轻，各方面功能可以精确控制，特别适合用研究所和各大院校针对金属晶体的研究，各个控制部分采用模块化，可自由进行选择，为金属单晶生长的研究提供了更大的可能性。
20.4、本实用新型中，通过伺服电机配合螺柱带动连动板上下滑动，并协同安装套带动提拉杆慢慢向上移动同时拉金属单晶，金属单晶生长完毕后，晶体通过提拉机构快速提拉脱落熔体，保证晶体的成长效果。
附图说明
21.下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对一种可以生产金属单晶的悬浮提拉生长炉的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。
22.图1为本实用新型外观示意图；
23.图2为本实用新型提拉机构示意图；
24.图3为本实用新型水冷铜坩埚示意图；
25.图4为本实用新型提拉机构俯视示意图。
26.图中：水冷铜坩埚1、不锈钢水冷真空腔室2、滑动孔21、密封套22、感应射频电源3、控制箱4、水冷机5、抽真空机6、提拉机构7、滑轨71、加强肋72、滑块73、连动板74、螺纹孔75、螺柱76、伺服电机77、安装套78、固定套79、固定孔710、固定块711、螺栓712、锁定螺母713、坩埚升降机构8。
具体实施方式
27.下面结合附图1-4和实施例对本实用新型进一步说明：
28.一种可以生产金属单晶的悬浮提拉生长炉，包括水冷铜坩埚1、不锈钢水冷真空腔室2、感应射频电源3、控制箱4、水冷机5、抽真空机6、提拉机构7和坩埚升降机构8，所述水冷铜坩埚1用16个水冷铜瓣组成，最大熔样品量为60g，能够实现良好的耦合和良好的磁悬浮，能在稳定悬浮状态下生长金属单晶，所述不锈钢水冷真空腔室2下端固定连接有机架，且所述不锈钢水冷真空腔室2采用304不锈钢双层水冷腔体，确保设备工作时表明温度≤40℃，不锈钢水冷真空腔室2的腔体上有观察窗口、四芯陶峰电机、真空压力表及抽真空孔，抽真空孔与抽真空机6相连通，所述水冷铜坩埚1滑动连接在不锈钢水冷真空腔室2内腔下部，水冷铜坩埚1下端与坩埚升降机构8相连接，坩埚升降机构8与不锈钢水冷真空腔室2之间密封连接，所述不锈钢水冷真空腔室2通过管道与抽真空机6贯通连接，抽真空机6通过支架固定安装在机架上，抽真空机6采用分子泵系统，抽真空机6对不锈钢水冷真空腔室2进行抽真空以达到实验的要求，所述感应射频电源3、水冷机5和抽真空机6通过控制箱4进行控制，所述不锈钢水冷真空腔室2的环形内壁上端贯通开设有用于安装提拉杆的滑动孔21，且滑动孔21上端贯通连接有和提拉杆尺寸相匹配的密封套22，所述不锈钢水冷真空腔室2上方设有提拉机构7；
29.所述提拉机构7包括竖直固定安装在不锈钢水冷真空腔室2上端的滑轨71，滑轨71上滑动连接有滑块73，滑块73水平向外侧延伸并水平固定连接有连动板74，连动板74上竖直贯通开设有螺纹孔75，螺纹孔75内螺纹连接有螺柱76，螺柱76向下延伸并通过转动座转动连接在不锈钢水冷真空腔室2的顶壁上，所述螺柱76向上延伸并同轴固定连接在伺服电机77的输出端上，伺服电机77通过电机支架竖直固定安装在滑轨71上端，所述连动板74远离滑块73一侧的侧壁上固定连接有安装套78，安装套78对应密封套22的上方位置竖直贯通开设有与提拉杆相匹配的安装孔，安装孔上端贯通连接有固定套79，通过抽真空机6先把不锈钢水冷真空腔室2真空度抽到实验要求数值，关闭抽真空机6，打开水冷机5和感应射频电源3，通过控制箱4控制感应射频电源3，控制电流大小，根据实际情况调整电流的大小，等金属材料全部融化，将提拉机构7上安装在固定套79上的提拉杆降至液面上，然后通过伺服电机77配合螺柱带动连动板74上下滑动，并协同安装套78带动提拉杆慢慢向上移动同时拉金属单晶，金属单晶生长完毕后，晶体通过提拉机构快速提拉脱落熔体，保证晶体的成长效果。
30.本实施例中，如图2-4所示，所述不锈钢水冷真空腔室2的顶壁和滑轨71之间连接有加强肋72，提高滑轨71的稳定性。
31.本实施例中，如图2-4所示，所述连动板74和安装套78之间固定连接有多个加强筋，提高安装套78的稳定性，保证提拉杆的提拉效果。
32.本实施例中，如图3和4所示，所述固定套79的环形侧壁上贯通开设有多个固定孔710，固定孔710内均螺纹连接有螺栓712，螺栓712向相近的一侧延伸并固定连接有固定块711，多个螺栓712向相背离的一侧延伸并螺纹套设有锁定螺母713，方便对提拉杆进行固定，提高对不同晶体提拉杆的适应效果。
33.本实施例中，如图4所示，多个所述固定块711的相近一侧均设有防滑软垫，提高提拉杆的固定效果，保证提拉杆提拉晶体的稳定性。
34.本实施例中，如图1和2所示，所述坩埚升降机构8采用动密封系统，通过手摇微调坩埚上下的位置，调整坩埚与感应线圈的距离，确保熔炼时合适的磁场和观察角度。
35.根据本实用新型上述实施例的一种可以生产金属单晶的悬浮提拉生长炉，通过抽真空机6先把不锈钢水冷真空腔室2真空度抽到实验要求数值，关闭抽真空机6，打开水冷机5和感应射频电源3，通过控制箱4控制感应射频电源3，控制电流大小，根据实际情况调整电流的大小，等金属材料全部融化，将提拉机构7上安装在固定套79上的提拉杆降至液面上，然后通过伺服电机77配合螺柱带动连动板74上下滑动，并协同安装套78带动提拉杆慢慢向上移动同时拉金属单晶，金属单晶生长完毕后，晶体通过提拉机构快速提拉脱落熔体，保证晶体的成长效果。
36.本实用新型的实施例公布的是较佳的实施例，但并不局限于此，本领域的普通技术人员，极易根据上述实施例，领会本实用新型的精神，并做出不同的引申和变化，但只要不脱离本实用新型的精神，都在本实用新型的保护范围内。

技术特征：
1.一种可以生产金属单晶的悬浮提拉生长炉，包括水冷铜坩埚(1)、不锈钢水冷真空腔室(2)、感应射频电源(3)、控制箱(4)、水冷机(5)、抽真空机(6)、提拉机构(7)和坩埚升降机构(8)，其特征在于，所述不锈钢水冷真空腔室(2)下端固定连接有机架，且所述不锈钢水冷真空腔室(2)采用(304)不锈钢双层水冷腔体，确保设备工作时表明温度≤40℃，不锈钢水冷真空腔室(2)的腔体上有观察窗口、四芯陶峰电机、真空压力表及抽真空孔，抽真空孔与抽真空机(6)相连通，所述水冷铜坩埚(1)滑动连接在不锈钢水冷真空腔室(2)内腔下部，水冷铜坩埚(1)下端与坩埚升降机构(8)相连接，坩埚升降机构(8)与不锈钢水冷真空腔室(2)之间密封连接，所述不锈钢水冷真空腔室(2)通过管道与抽真空机(6)贯通连接，抽真空机(6)通过支架固定安装在机架上，所述感应射频电源(3)、水冷机(5)和抽真空机(6)通过控制箱(4)进行控制，所述不锈钢水冷真空腔室(2)的环形内壁上端贯通开设有用于安装提拉杆的滑动孔(21)，且滑动孔(21)上端贯通连接有和提拉杆尺寸相匹配的密封套(22)，所述不锈钢水冷真空腔室(2)上方设有提拉机构(7)；所述提拉机构(7)包括竖直固定安装在不锈钢水冷真空腔室(2)上端的滑轨(71)，滑轨(71)上滑动连接有滑块(73)，滑块(73)水平向外侧延伸并水平固定连接有连动板(74)，连动板(74)上竖直贯通开设有螺纹孔(75)，螺纹孔(75)内螺纹连接有螺柱(76)，螺柱(76)向下延伸并通过转动座转动连接在不锈钢水冷真空腔室(2)的顶壁上，所述螺柱(76)向上延伸并同轴固定连接在伺服电机(77)的输出端上，伺服电机(77)通过电机支架竖直固定安装在滑轨(71)上端，所述连动板(74)远离滑块(73)一侧的侧壁上固定连接有安装套(78)，安装套(78)对应密封套(22)的上方位置竖直贯通开设有与提拉杆相匹配的安装孔，安装孔上端贯通连接有固定套(79)。2.如权利要求1所述的一种可以生产金属单晶的悬浮提拉生长炉，其特征在于：所述不锈钢水冷真空腔室(2)的顶壁和滑轨(71)之间连接有加强肋(72)。3.如权利要求1所述的一种可以生产金属单晶的悬浮提拉生长炉，其特征在于：所述连动板(74)和安装套(78)之间固定连接有多个加强筋。4.如权利要求1所述的一种可以生产金属单晶的悬浮提拉生长炉，其特征在于：所述固定套(79)的环形侧壁上贯通开设有多个固定孔(710)，固定孔(710)内均螺纹连接有螺栓(712)，螺栓(712)向相近的一侧延伸并固定连接有固定块(711)，多个螺栓(712)向相背离的一侧延伸并螺纹套设有锁定螺母(713)。5.如权利要求4所述的一种可以生产金属单晶的悬浮提拉生长炉，其特征在于：多个所述固定块(711)的相近一侧均设有防滑软垫。6.如权利要求1所述的一种可以生产金属单晶的悬浮提拉生长炉，其特征在于：所述坩埚升降机构(8)采用动密封系统，通过手摇微调坩埚上下的位置，调整坩埚与感应线圈的距离。

技术总结
本实用新型涉及晶体生长炉技术领域，提供一种可以生产金属单晶的悬浮提拉生长炉，旨在解决现有的晶体生长炉在对晶体进行提拉时不容易对提拉速度进行控制，晶体的提拉效果较差，同时不方便对生长的晶体进行观察的问题，包括水冷铜坩埚、不锈钢水冷真空腔室、感应射频电源、控制箱、水冷机、抽真空机、提拉机构和坩埚升降机构，所述不锈钢水冷真空腔室下端固定连接有机架，且所述不锈钢水冷真空腔室采用不锈钢双层水冷腔体，确保设备工作时表明温度≤40℃，不锈钢水冷真空腔室的腔体上有观察窗口、四芯陶峰电机、真空压力表及抽真空孔。本实用新型尤其适用于金属单晶生长用，具有较高的社会使用价值和应用前景。社会使用价值和应用前景。社会使用价值和应用前景。


技术研发人员：邾根祥 朱沫浥 方辉 翁继先 刘盼盼
受保护的技术使用者：合肥科晶材料技术有限公司
技术研发日：2022.09.01
技术公布日：2023/7/14