单晶炉机械传动系统综述
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单晶炉资料范文范文单晶炉是现代工业生产中的一项重要设备,具有高效、精确的特点,在许多行业中都有广泛应用。
单晶炉技术是一种通过控制熔融的材料在特定温度条件下逐渐形成单晶体的方法。
下面是一份关于单晶炉的资料范文,详细介绍了单晶炉的原理、结构和应用。
单晶炉(Monocrystalline Furnace)是一种利用溶液的化学性质和温度控制来合成单晶体的设备。
其工作原理是通过控制熔融的材料在特定温度条件下逐渐形成单晶体。
单晶炉可以用于生产各种单晶材料,例如硅片、蓝宝石、锗单晶等。
单晶炉的结构一般包括炉体、温度控制系统、搅拌装置、冷却系统等组成部分。
炉体是单晶炉的主体,通常由石英、陶瓷等材料制成,具有良好的耐高温性能。
温度控制系统用于控制单晶炉的工作温度,保证单晶材料的生长质量。
搅拌装置用于搅拌熔融的溶液,防止其中的杂质和气泡对单晶材料的生长产生不良影响。
冷却系统则用于对熔融材料进行降温,使其逐渐形成单晶体。
单晶炉广泛应用于半导体、光电子、光学、化学等领域。
在半导体领域,单晶炉用于制造硅片,是IC芯片生产过程中的关键设备。
硅片是集成电路的基础材料,单晶炉通过高温熔融和凝固技术,将硅材料逐渐生长成为单晶体,再通过切割和加工,制成晶圆用于芯片制造。
在光电子和光学领域,单晶炉用于制造蓝宝石和其他光学单晶材料,用于制造高亮度LED和激光器等器件。
在化学领域,单晶炉用于合成有机无机杂化材料和无机单晶材料,用于研究材料的结构和性质。
单晶炉的主要优点是生产效率高和生长质量好。
由于单晶炉可以通过控制温度和其他条件,使得单晶材料在特定方向上逐渐生长,因此可以实现高效的生产。
其次,单晶炉可以消除晶界和颗粒间的结构缺陷,使得单晶材料具有良好的物理和化学性质。
此外,单晶炉还可以通过控制溶液的成分和掺杂,制备出特定性能的单晶材料,满足不同领域的需求。
然而,单晶炉也存在一些挑战和限制。
首先,单晶炉的设备成本和运行成本较高,需要高温、高压和复杂的控制系统。
单晶炉技术说明书1000字单晶炉是一种用于生产高品质单晶体的设备,它是半导体产业的重要设备之一。
下面我将为大家介绍单晶炉的技术说明书。
一、单晶炉的结构单晶炉主要由炉体、加热系统、制冷系统、控制系统等组成。
1. 炉体:炉体是单晶炉的主要组成部分,主要由炉体本体、电极、隔热材料和炉内环境构成。
炉体内部需要保持一定的真空或惰性气氛,以确保单晶生长的质量和稳定性。
2. 加热系统:加热系统是单晶炉的关键部分之一,它主要由加热元件、加热源、温度控制等组成。
加热源可以是电阻丝、感应加热、火焰等形式,但大多数单晶炉使用的是电阻丝。
3. 制冷系统:制冷系统是单晶炉的另一个重要部分,它主要用于保持单晶生长的过程,在单晶炉内部形成适宜的温度梯度和温度分布。
制冷系统主要由冷却水系统和压缩机组成。
4. 控制系统:控制系统是单晶炉的核心,它主要由计算机控制系统和温度控制系统组成。
计算机控制系统主要用于控制整个单晶炉的运行和生长过程,包括加热、真空、气氛等参数,而温度控制系统则主要用于精确控制单晶生长过程中的温度。
二、单晶生长过程单晶生长是单晶炉最重要的功能之一,主要通过以下步骤进行:1. 清洗晶体:将要生长的晶体进行表面清洗,去除表面杂质、油脂等污物和氧化物,确保晶体表面的干净度。
2. 落合:将准备好的晶种和熔融的材料放到炉体中,让晶种和熔融材料相遇,然后慢慢拉出晶种,使熔融的材料附着在晶种上。
3. 晶体生长:炉体内部形成的温度梯度和温度分布,使得材料开始在晶种上生长,形成单晶体。
4. 结晶完成:当晶体完成生长后,将晶体缓慢升温,淬火,将单晶从晶棒上取下。
三、单晶生长常见问题及解决办法1. 晶体表面不平整:可能是晶体过快生长,或熔融液中杂质太多。
解决办法:加大温度梯度,降低熔融材料的污染。
2. 晶体裂纹:可能是晶体过快生长,晶体内部应力过大。
解决办法:控制生长速度,减小温度梯度。
3. 不均匀生长:可能是炉内温度不均匀,或者晶种准备不足。
6直拉单晶炉及热系统
答:
一、直拉单晶炉及热系统简介
直拉单晶炉是一种特殊的热处理装置,由于浸入单晶热处理过程较长,受热均匀性要求极高,而传统热处理方法又决无法满足此类要求,因此采
用了直拉单晶炉。
直拉单晶炉以其独特的结构和装置安排,使得热处理均
匀性大大提高,更特别是对于那些极难满足浸温处理要求的材料,有着特
别重要的意义。
直拉单晶炉采用直拉式排单晶加热系统,可以产生稳定的及均匀的温度,可靠性好。
它的加热系统包括主泵、水冷壁、热导管系统、真空管、
热量交换器、湿度传感器等,主要通过热量交换器、湿度传感器的控制,
精确控制循环水的温度。
二、直拉单晶炉及热系统的工作原理
直拉单晶炉安装的水冷壁以及泵确保了单晶炉在运行过程中受热均匀
性极高,其水冷壁构成的水冷循环系统,配合高效的水泵,通过热量交换
器把热量传递到容器中,实现容器加热,从而实现温度的控制。
直拉单晶炉总结概述直拉单晶炉是一种用于生产高纯度单晶材料的设备。
它采用了先进的加热和冷却技术,能够实现高质量的单晶生长。
本文将对直拉单晶炉进行总结,包括工作原理、设备特点、应用领域以及未来发展趋势等方面进行介绍。
工作原理直拉单晶炉的工作原理基于熔融单晶生长技术。
其基本过程包括:先将材料的原料加入炉膛,然后通过加热使之熔化。
接下来,通过适当的处理将熔融材料降温并形成单晶种子。
最后,利用拉扩力将单晶晶体从熔融材料中拉出并使之加长。
直拉单晶炉的关键组件包括加热系统、冷却系统和拉升系统。
加热系统采用了高温电阻加热器,可以通过控制加热功率和加热位置来控制炉内温度。
冷却系统则通过导热和传导技术来控制炉内温度梯度,从而实现单晶的生长。
拉升系统则通过调整拉升速度来控制晶体生长速度。
设备特点直拉单晶炉具有以下几个特点:1.高纯度:直拉单晶炉可以在无氧或低氧环境下进行单晶生长,从而获得高纯度的单晶材料。
这种高纯度的材料在电子器件制造、光学器件制造和半导体工业等领域中应用广泛。
2.高生产率:直拉单晶炉具有较高的生长速度和较大的生长尺寸范围,可以满足大规模单晶生产的需求。
这在提高产能和降低成本方面具有重要意义。
3.稳定性强:直拉单晶炉采用了先进的温度和压力控制技术,能够实现稳定的生长过程。
这方面的优势使得直拉单晶炉在高温条件下依然能够保持较好的工作效率和稳定性。
4.自动化程度高:直拉单晶炉采用了先进的自动化控制系统,可以实现全自动控制和监测。
这方面的优势使得操作人员可以更加方便地对设备进行操作和维护。
应用领域直拉单晶炉在许多领域中具有重要的应用价值,主要包括以下几个方面:1.半导体制造:直拉单晶炉可以用于生产硅、镓、锗等半导体材料的单晶。
这些单晶材料被广泛应用于集成电路、太阳能电池和光电器件等领域。
2.光学器件制造:直拉单晶炉可以用于生产包括激光晶体、光纤晶体、液晶基板和光学透镜等光学器件的单晶材料。
这些材料在激光技术、光通信和成像技术等领域中具有重要应用。
6直拉单晶炉及热系统直拉单晶炉及热系统是一种用于生产单晶材料的设备,它具有高温加热、单晶生长和热管冷却三个功能。
下面将详细介绍直拉单晶炉及热系统的工作原理和结构。
直拉单晶炉及热系统的工作原理是通过高温加热使原料溶解,然后通过单晶生长的方式逐渐冷却,最后形成一块完整的单晶材料。
整个过程需要精确控制温度、压力和速度等参数。
直拉单晶炉及热系统的主要结构包括炉体、加热设备、单晶生长设备和热管冷却设备等。
炉体是直拉单晶炉及热系统的基础部分,它由炉膛、炉管和炉盖等组成。
炉膛是用于容纳原料的部分,通常是一个圆柱形的容器,可以承受高温和高压。
炉管是连接炉膛和单晶生长设备的通道,它负责将原料输送到单晶生长区域。
炉盖则是覆盖在炉膛上的部分,主要用于调节炉内的压力和加热设备的接入口。
加热设备是直拉单晶炉及热系统的核心部分,它负责将炉膛中的原料加热到需要的温度。
常见的加热设备包括电阻加热、电子束加热和感应加热等。
电阻加热是通过将电流通过炉体内的电阻丝使之发热,从而加热炉膛。
电子束加热是利用高速电子束撞击原料的表面,将其加热至高温。
感应加热是通过电磁感应原理使炉膛中的原料发热,从而提高温度。
单晶生长设备是直拉单晶炉及热系统的关键部分,它负责将加热后的原料逐渐冷却形成单晶材料。
单晶生长设备通常由单晶生长炉、拉伸装置和控制系统组成。
单晶生长炉是用于控制温度和压力的设备,通常由石墨制成,具有很好的导热性和化学稳定性。
拉伸装置则是用于拉伸形成的单晶材料,使其保持一定的形状和尺寸。
控制系统则是用于监测和调节单晶生长过程中的温度、压力和速度等参数,保证单晶材料的质量。
热管冷却设备是直拉单晶炉及热系统的辅助部分,它负责冷却单晶生长设备和炉体。
热管冷却设备由热管、冷却介质和冷却系统组成。
热管是一种基于液-气相变原理的传热装置,具有高热传导性和低温度梯度的特点。
冷却介质通常是水或空气,通过与热管接触,将其中的热量带走。
冷却系统则是用于调节冷却介质的温度和流量等参数,保证热管冷却设备的正常工作。
直拉单晶炉设备简介结构单晶炉设备,也称为单晶生长炉,是一种用于生产高质量单晶材料的先进设备。
单晶材料在电子、光电子、光学和磁学等领域有着广泛的应用。
单晶炉设备通过熔融法或气相沉积法进行单晶生长,其结构一般包括炉体、加热元件、温度控制装置、控制系统和附件等部分。
一、炉体炉体是单晶炉设备的主体部分,一般由炉罐和炉盖两部分组成。
炉罐通常由耐高温、高膨胀系数的材料制成,如石墨、石英等。
炉罐的内部需要保持一定的真空度,以防止杂质的污染。
炉盖通常是一个单向旋转的结构,方便单晶生长过程中的试样的进出。
二、加热元件加热元件是单晶炉设备中起到加热作用的部分,一般由电阻丝、电阻板等构成。
加热元件的作用是提供足够的热量使试样内部达到熔点并保持一定的熔化状态。
加热元件通常布置在炉罐的外侧,通过电源供电控制加热温度。
三、温度控制装置温度控制装置是保证单晶生长过程中温度的稳定性和精确性的关键部分。
一般由温度传感器、温控仪和加热控制系统组成。
温度传感器通过测量试样的温度信号反馈给温控仪,温控仪根据设定的温度范围和精度,调节加热控制系统提供的热量,以实现稳定的温度控制。
四、控制系统控制系统是单晶炉设备的核心部分,主要包括温度控制系统、真空控制系统、气体流量控制系统和运行状态监测系统等。
温度控制系统通过控制加热元件的供电功率,实现对温度的控制。
真空控制系统通过控制抽气装置的工作状态,实现对炉罐内真空度的控制。
气体流量控制系统用于控制与单晶生长过程相关的气体的输入和排出。
运行状态监测系统可根据实际需要监测单晶炉设备的工作状态和性能,以提供参考和保障设备的正常运行。
五、附件单晶炉设备的附件包括保护屏、加热瓶、真空泵等。
保护屏是一种用于保护实验人员免受高温辐射的屏障。
加热瓶是单晶生长过程中用来加热试样的容器。
真空泵是单晶炉设备用于维持炉罐内真空度的设备,通常由机械泵和分子泵组成。
总结起来,单晶炉设备是一种结构复杂、功能完善的高精度设备,用于生产高质量单晶材料。
单晶炉的机械结构与维修研讨1. 引言单晶炉是一种用于生产单晶材料的设备,广泛应用于材料科学、光电子学、半导体制造等领域。
作为一种复杂的设备,单晶炉的机械结构和维修工作十分重要。
本文将讨论单晶炉的机械结构和维修的关键问题,并提供一些建议和本卷须知。
2. 单晶炉的机械结构单晶炉的机械结构包括主要部件和辅助部件。
主要部件包括炉体、电极、加热元件、晶体生长装置等,这些部件相互配合,完成单晶生长的过程。
辅助部件包括炉门、冷却系统、排放系统等,用于提供辅助功能。
2.1 炉体炉体是单晶炉的根本部件,承当着整个炉内环境的控制和保护作用。
炉体通常由高温合金制成,具有优良的耐高温能力和热稳定性。
炉体的结构设计应满足炉内气氛的密封要求,以防止炉内气氛泄漏。
此外,炉体的内部应具备适宜的陶瓷衬层,以提供良好的热传导性能和防护功能。
2.2 电极电极是单晶炉中的关键部件之一,用于提供电源和控制晶体生长的过程。
电极通常采用导电材料制成,如钼、铂等。
电极的结构设计应考虑电极与晶体生长装置之间的耐高温接触、电气性能和平安性。
此外,电极也需要考虑与其他部件的配合,确保整个机械结构的完整性和稳定性。
2.3 加热元件加热元件是单晶炉中的另一个重要部件,用于提供必要的热量,保持晶体生长的温度。
加热元件通常采用电阻丝或电加热炉管,通过电流加热,将热量传递给晶体材料。
加热元件的设计应考虑温度控制、均匀加热和耐高温能力,以确保晶体生长的质量和效率。
2.4 晶体生长装置晶体生长装置是单晶炉的核心部件,用于控制晶体的生长过程。
晶体生长装置通常使用石英炉管和石英坩埚等材料制成,具有良好的耐高温性能和化学稳定性。
晶体生长装置包括晶体容器、温控系统、晶体移动机构等,通过精确控制温度和移动速度来实现晶体的生长。
3. 单晶炉的维修单晶炉的维修是保证设备性能稳定和延长使用寿命的重要环节。
下面将介绍一些常见的维修工作和本卷须知。
3.1 清洁和保养定期进行单晶炉的清洁和保养是维护设备的关键。
单晶炉的构成
提拉头:主要由安装盘减速机籽晶腔划线环电机磁流体籽晶称重头软波纹管等其他部件组成。
副室:主要是副室筒以及上下法兰组成。
炉盖:副室连接法兰,翻板阀,观察窗抽真空管道组成。
炉筒:包括取光孔。
下炉筒:包括抽真空管道。
底座机架:全铸铁机架和底座。
坩埚下传动装置:主要由磁流体电机坩埚支撑轴减速机软波纹管立柱上下传动支撑架导轨等部件组成。
分水器已经水路布置:包括分水器,进水水管,若干胶管水管卡套等。
氩气管道布置:质量流量计 3根以上的柔性管不锈钢管 3个压力探测器高密封性卡套等部件。
真空泵已经真空除尘装置:油压真空泵水环真空泵过滤器真空管道硬波纹管等。
电源以及电控柜:电源柜滤波柜控制柜以及连接线。
单晶炉的定义
单晶炉是一种在惰性气体环境中,用石墨加热器将多晶硅等多晶材料
熔化,用直拉法生长无错位单晶的设备。
购买技术主要要求
1.单晶炉装料量(单台机产能多少)
2. 能拉多长、几寸的硅棒
3. 拉制晶棒的成品率是多少4拉出硅棒品质(少子寿命、电阻率、碳氧含量、位错密度) 5设备制造工艺控制保证 6自动化控制程度 7设备主要关键部件的配置等。
单晶炉型号定义
单晶炉型号有两种命名方式,一种为投料量,一种为炉室直径。
比如85炉,是指主炉筒的直径大小,120、150等型号是由装料量来决定的。
单晶炉主要需要控制的方面
一、晶体直径(尺寸)
二、温度(功率控制)
三、原料(硅料)
四、泄漏率,氩气质量等。
单晶炉主泵工作原理
单晶炉主泵是单晶生长过程中至关重要的设备,它负责将熔融的晶体原料从炉内循环供应到生长腔体,确保单晶生长过程的顺利进行。
该泵的工作原理可以概括为以下几个步骤:
首先,单晶炉主泵通过电动机提供的动力将熔融的晶体原料抽入泵的吸入口。
这些原料通常是高温高粘度的液态物质,因此需要具有较强的抽吸能力。
主泵通常采用离心泵或容积泵,其中离心泵是较为常见的类型。
离心泵通过旋转叶轮产生离心力,将物料从中心向外抽出,因此能够有效地抽吸高粘度液体。
接下来,泵会将吸入的物料送往压缩腔体。
在压缩腔体内,泵会增加物料的压力,使其能够顺利地流动到生长腔体。
这一过程中,泵往往通过活塞或旋转叶轮等结构来实现压缩效果。
泵的设计必须考虑到物料的温度和压力等参数,以确保泵能够在高温高压环境下正常工作。
最后,泵将经过压缩的物料从出口排出,并送往生长腔体。
生长腔体是单晶生长的核心部件,它提供了合适的温度和压力条件,使得原料在晶体中逐渐凝固并生长。
单晶炉主泵的工作原理保证了熔融原料的持续供应,从而确保了单晶的连续生长。
总之,单晶炉主泵的工作原理可归结为抽吸、压缩和供应三个基本步骤。
通过合理的泵设计和精确的工作控制,单晶炉主泵能够稳定高效地工作,为单晶生长提供必要的物料供应。
这在现代的半导体、光学和材料科学等领域中具有重要的应用价值。
单晶炉工作总结单晶炉是一种用于生产单晶硅棒的重要设备,它在半导体行业中起着至关重要的作用。
在单晶炉的工作过程中,需要严格控制温度、压力和其他参数,以确保最终产品的质量。
在这篇文章中,我们将对单晶炉的工作过程进行总结,并探讨一些关键的工作技巧和注意事项。
首先,单晶炉的工作过程通常分为几个关键步骤。
首先是原料的准备和装载,这一步骤需要确保原料的纯度和质量达到要求,并且在装载过程中要避免任何可能导致污染的情况发生。
其次是加热和熔化,这一步骤需要精确控制加热速度和温度分布,以确保原料能够均匀地熔化并形成单晶结构。
最后是冷却和凝固,这一步骤需要逐渐降低温度,以确保单晶硅棒能够在适当的条件下凝固成型。
在单晶炉的工作过程中,需要特别注意一些关键参数的控制。
首先是温度的控制,单晶炉通常需要在非常高的温度下工作,因此需要确保加热和冷却系统能够精确控制温度,并且能够及时响应任何温度变化。
其次是压力的控制,加热和熔化过程中会产生一定的气体压力,需要确保系统能够有效地排放气体,并且能够保持恒定的压力。
此外,还需要注意原料的纯度和质量,以及炉内的环境和气氛控制,以避免任何可能影响单晶质量的因素。
除了严格控制关键参数,单晶炉的操作人员还需要具备一定的工作技巧和经验。
他们需要能够及时发现并解决任何可能影响产品质量的问题,例如温度不均匀、气体排放不畅等。
此外,他们还需要能够根据实际情况灵活调整工艺参数,以确保最终产品能够达到客户的要求。
总的来说,单晶炉是一种非常复杂且关键的设备,在工作过程中需要严格控制关键参数,并且需要操作人员具备一定的技能和经验。
只有这样,才能够生产出高质量的单晶硅棒,满足半导体行业对材料质量的要求。
单晶炉资料范文单晶炉(Crystal Growth Furnace)是一种用于制备单晶材料的设备。
单晶材料具有具有高度有序的排列结构,与多晶材料相比,具有更好的电、光、磁、导热等性能。
单晶炉能够提供优质的单晶材料,并在材料科学和工艺领域发挥着重要的作用。
一、单晶炉的工作原理单晶炉的工作原理基于熔融法和凝固法,分为溶解、结晶、孕育和长晶四个阶段。
1.溶解阶段:将原料加入到炉中,加热到材料的熔点并维持在一定温度下熔化。
这个阶段需要掌握好温度和压力,以保证原料能够完全熔化。
2.结晶阶段:将已熔化的材料缓慢冷却,形成小晶核。
随着冷却的继续,晶核会不断生长,并逐渐形成完整的单晶体。
这个阶段需要严格控制温度和冷却速度,以确保晶体的生长质量。
3.孕育阶段:将已形成的小晶核浸泡在溶剂中,使其继续生长,从而得到更大尺寸的单晶体。
4.长晶阶段:将孕育的晶核放入特殊的结晶室中,通过恒温和梯度技术,使其在溶液中缓慢生长,最终得到所需尺寸和形状的高质量单晶体。
二、单晶炉的主要组成部分1. 炉体(Furnace Body):单晶炉的主要部分,用于容纳原料和提供均匀的温度场。
通常采用陶瓷等耐高温材料制成,以确保高温下的稳定性和耐腐蚀性。
2. 反应舱(Reaction Chamber):位于炉体内部,用于容纳原料和执行晶体生长实验。
反应舱通常具有高真空或惰性气氛环境,以防止杂质和氧化对晶体的影响。
3. 加热系统(Heating System):通过电阻丝、电磁加热或激光加热等方式,提供炉体的加热能源。
加热系统需要能够精确控制温度,以满足不同晶体的生长需求。
4. 控制系统(Control System):用于监测和控制炉体的温度、压力等参数,以确保晶体的生长过程稳定可控。
控制系统通常采用微处理器和传感器等技术,能够实时采集数据并进行数据分析。
5. 冷却系统(Cooling System):用于控制晶体的冷却速度,避免晶体过快或过慢的冷却导致晶体质量下降。
文章编号:1004-2539(2005)06-0075-04单晶炉机械传动系统综述(西安理工大学, 陕西西安 710048) 高利强摘要 机械传动系统是单晶炉的重要组成部分,它主要包括坩埚升降与旋转系统、籽晶升降与旋转系统等等。
本文详细论述了这两种传动系统的典型方案及其传动机理,最后阐明各单晶体生长方法所要求的传动系统。
关键词 单晶炉 机械传动 升降与旋转绪论单晶炉是单晶体生长设备,按照晶体生长方法可分为提拉法单晶炉、坩埚下降法单晶炉、区熔法单晶炉等等。
无论哪种设备,机械传动系统都是重要的组成部分。
它一般包括坩埚升降与旋转、籽晶升降与旋转部件等等。
为了减少热的不对称性,籽晶和坩埚一般都要旋转。
1 坩埚的升降与旋转系统坩埚升降与旋转部件典型设计有以下形式。
1.1 方案A(如图1a)图1a示出了一种用导柱和直线运动轴承导向用丝杠副传动实现坩埚杆升降功能的传动系统。
正常拉晶时的传动链为18 22 21 20 19 16 15 23 24 9 6。
快速升降时的传动链为27 26 25 24 9 6。
手动升降时的传动链为1 2 4 5 23 24 9 6。
坩埚旋转传动链为11 10 14 12 13 6。
1.2 方案B(对方案A的改进变形)方案A对大多数炉型都适用,但它在速度特别低的时候,容易出现爬行现象。
为了克服上述缺点,可以用滚珠丝杠副代替滑动丝杠副。
然而,滚珠丝杠副的传动效率在90%,不能自锁,必须在丝杠轴上配置相应的自锁装置。
图1b所示方案中谐波减速器(20)可满足要求。
经过上述改动,再根据具体炉型适当变形就是方案B传动系统。
1.3 方案C(如图1b)图1b示出了一种用直线滚动导轨支承导向,精密滚珠丝杆副传动实现坩埚杆升降功能的传动系统。
正常拉晶时的传动链为19 20 23 18 6 3。
快速升降时的传动链为21 20 23 18 6 3。
手动升降时的传动链为1 12 10 11 9 20 23 18 6 3。
坩埚旋转传动链为25 24 3。
1.手轮2.弹性联轴器3.轴承座 4、5.斜齿轮副 6.坩埚杆 7.顶板 8.导柱 9.滑座 10.减速器 11.旋转电机 12、13、14.楔形带传动 15.电磁离合器 16.谐波减速器 17.底座 18.慢速电机 19、20、21.同步带传动 22.减速器 23、24滑动螺旋副 24、25.蜗杆传动 26.弹性联轴器 27.快速电机图1a 坩埚升降与旋转部件参考文献1 鲁守银,马培荪,戚晖等.高压带电作业机器人的研制.电力系统自动化,2003(17)2 荣学文,张志兵,李云江等.一种液压平衡机构的设计与实现.机械设计与研究,2002(5)3 李云江,荣学文,樊炳辉等.大型隧道喷浆机器人液压系统设计.中国机械工程,2001(7)收稿日期:20041227 收修改日期:20050121作者简介:荣学文(1973-),男,山东曹县人,工程师75第29卷 第6期 单晶炉机械传动系统综述由此可见,图1b 中20是多机驱动的协调装置,在设计时,以机械和电气组合的方法使19、21、1形成互锁。
具体要求如下:1前推用手转动的时候分两种情况。
若21、19正在旋转时,则对当前运动状态不产生影响。
!若21、19均为停止状态时,则3随手动而升降。
21工作时也分两种情况。
若19正在旋转时,则对当前运动状态不产生影响。
!若19为停止状态时,按下21的电源及升降按钮,21便通电运转,松开21的升降按钮,21便断电停止。
19工作时的情况。
按下19的电源按钮并给定升降速度,19便通电运转。
两个行程开关(26、27)无论哪个动作,21或19便断电停止。
1.手轮2.行程开关13.坩埚杆4.铜制水套5.冷却水嘴6.滑座7.电刷环8.热偶口9.电磁离合器 10、11、12.滚子链传动 13.支柱1 14.支柱2 15.顶板 16.直线滚动导轨 17.方导柱 18.滚珠丝杆副 19.慢速电机 20.谐波减速器 21.快速电机 22.底板 23.齿轮系 24.楔形带传动 25.旋转电机 26.行程开关2 27.行程开关3 28.行程开关4图1b 埚升降与旋转部件1.4 方案D(对方案C 增加一个虚约束)图1b 用一个直线滚动导轨进行导向,可满足一定的要求。
有些炉型(如区熔炉)对精度要求较高,为了改善构件的受力情况,增加机构的刚度,我们可以再增加一个直线滚动导轨,增加的移动副带入一个虚约束。
也可以对图1b 作如下改进。
原来用直线滚动导轨支承导向,现改为用导柱和直线运动轴承导向。
具体方法为:图1b 中支柱1(13)和支柱2(14)全部改为圆柱形导柱,兼支柱的功能。
同时,滑座6也要作相应的改进,内部安装两处直线运动轴承。
象这样,用两个导柱和直线运动轴承导向的结构同图1b 比起来,也相当于增加了一个虚约束。
改进后的结构由于有3个支柱,比图1a 刚度好。
1.5 方案E(对方案C 增加两个虚约束)同样的道理,我们可以对图1b作如下改进。
1.拨环 2、3.滑动螺旋副 4.卷筒 5、6.滚动花键副 7.联轴器 8.联轴器 9.蜗轮轴 10.蜗杆传动 11.蜗轮箱体 12.编码器 13.蜗杆传动 14.卡套 15.导向套 16.撞块 17.导杆 18.限位开关 19.插头插座 20.籽晶夹头 21.重锤 22.钢丝绳 23.底板 24.电机 25.卷筒箱体图2a ∀软轴#籽晶升降部件原来用直线滚动导轨支承导向,现改为用导柱和直线运动轴承导向。
具体方法为:图1b 中方导柱17、支柱1(13)和支柱2(14)全部改为圆柱形导柱,兼支柱的功能。
同时,滑座6也要作相应的改进,内部安装3处直线运动轴承。
象这样,用3个导柱和直线运动轴承导向的结构同图1b 比起来,相当于增加了两个虚约束。
比图1a 二导柱结构形式性能好,也广泛用于各种单晶炉传动系统的设计当中(如区熔炉籽晶轴的传动系统)。
1.6 方案F前面5个方案的机架都是组装式。
我们也可以采用整体焊接结构。
由于整体式结构机械加工后的精度就是装配精度,比组装式容易达到精度要求。
其典型76 机械传动 2005年案例就是将要介绍的图2d 所示方案上下倒置变形。
最新研制的TDR-GY652高压炉坩埚传动系统就采用这种方案。
2 籽晶的升降与旋转系统籽晶升降与旋转部件典型设计有以下形式。
2.1 方案A 、B 、C 、D 、E籽晶升降与旋转部件典型设计方案A 、B 、C 、D 、E 就是坩埚升降与旋转部件典型设计方案A 、B 、C 、D 、E 的上下倒置变形.其中方案D 实际上是区熔炉送料轴传动系统的常用选择。
2.2方案F(图2a 、图2b)图2a 示出了一种用∀软轴#实现籽晶升降功能的传动系统。
传统籽晶杆属于刚性体称为硬轴籽晶杆,相对而言,由挠性体钢丝绳和连接于下端的重锤组成的籽晶提拉构件形象地称为∀软轴#籽晶杆。
1.接线柱2.压紧环3.电刷环4.绝缘垫圈5.电刷6.旋转轴7.电刷支架8.调整垫圈9.安装法兰 10.支承座 11、12、13.楔形带传动 14.电动机 15.减速器图2b ∀软轴#籽晶旋转部件籽晶升降由电动机通过精密的蜗轮蜗杆减速器使卷筒旋转,从而使钢丝绳绕上卷筒或使钢丝绳从卷筒上放出以达到籽晶升降的目的。
图2a 升降运动的传动链为24 7 13 10 8 6 5 4 22 21 20。
卷筒(4)由螺纹套(2)和螺母(3)组成的滑动螺旋副实现平移,从而保证卷绕钢丝绳始终在对中位置。
卷筒的平移又带动导杆(17),导杆又带动撞块(16)撞击限位开关(18)实现软轴的极限限位,以保护籽晶升降部件不受损害。
与卷筒同一转速的轴上联接有光电编码器(12),可精确显示晶体长度(或位置)。
1.弹簧2.调整螺钉3.限位开关4.摆臂5.转轴6.限位杆7.过渡副室图2c ∀软轴#上限位机构1.水套2.轴承座3.楔形带传动4.带轮支座 5、6.滚珠丝杠副 7.谐波减速器 8.升降电机 9.立柱 10.滑座 11、12.直线滚动导轨 13.籽晶杆 14.旋转电机 15.电机支座 16.水套挡板 17.冷却水嘴图2d 硬轴籽晶升降与旋转部件图2b 示出了一种与∀软轴#籽晶升降部件相配套的籽晶旋转部件。
籽晶旋转部件由旋转轴(6)、支承座(10)、电刷环组件(1、2、3、4、5、7)、电动机(14)及减速器(15)等组77第29卷 第6期 单晶炉机械传动系统综述成。
图2b旋转运动的传动链为14 15 13 12 11 6。
旋转轴上需安装若干对电刷环,用来提供籽晶升降部件的电能及传递电信号。
另外,炉室(或副室)和∀软轴#籽晶旋转部件之间起过渡作用的过渡副室中设有限位机构,实现∀软轴#的上限位。
如图2c所示。
具体工作原理如下:当∀软轴#钢丝绳提拉籽晶上升到极限位置时,钢丝绳上连接的撞块碰到图2c中限位杆(6),从而使转轴(5)带动摆臂(4)旋转至一定位置,迫使限位开关(3)动作,通过电气控制,使上升运动停止。
2.3 方案G(图2d)图2d为一种用硬轴实现籽晶升降功能的传动系统。
它用直线滚动导轨(长导轨(11)和滑块(12))支承导向,精密滚珠丝杆副(5和6)实现籽晶杆升降功能。
升降运动的传动链为8 7 6 5 10 13。
旋转运动的传动链为14 3 13。
3 机电一体化上述机械传动系统要实现预期目标,尚需一定的电子电气系统相配合,从而实现机电一体化。
对机械传动进行控制的电子电气系统主要包括限位继电控制系统、慢速电机的自动控制系统[1]、特殊运动的计算机控制系统[2]等等。
它们均不在本文的讨论范围,有兴趣的读者可参阅相关文献。
4 结束语总的来说,坩埚升降与旋转部件只能设计成硬轴形式,如方案A、B、C、D、E、F等。
籽晶升降与旋转部件可设计成硬轴形式(如方案A、B、C、D、E、G等),也可设计成软轴形式(如方案F等)。
提拉法单晶炉一般包括坩埚升降与旋转部件、籽晶升降与旋转部件。
部分设备只有籽晶升降与旋转部件。
坩埚下降法单晶炉一般只有坩埚升降与旋转部件。
区熔法单晶炉上、下传动部件分别为送料轴升降与旋转部件、籽晶轴升降与旋转部件,只能采用硬轴形式,结构同籽晶升降与旋转部件、坩埚升降与旋转部件相似。
最后,对不同规格的单晶炉工艺参数汇总如表1,以便为选择传动部件提供方向。
表1T80T70A T62A(B)J50A TDR-46X*TDR-Z Y40C*TD L-FZ35#熔料量/kg或晶体规格/mm60303010601~2.5 105∃1000籽晶(送料轴#)传动方案方案F方案F方案F方案G无无方案D 籽晶升降慢速/(mm/min)0.1~100.2~80.2~80.002~0.2--1~18籽晶升降快速/(mm/min)%400%400>200无-->200籽晶升降手动无无无有--无籽晶转速范围/(r/min)2~402~402~501~50--0.5~15籽晶炉内行程/mm250025002100~2300400--1100坩埚(籽晶轴#)传动方案方案A方案A方案A无方案B方案C方案E 坩埚升降慢速/(mm/min)0.02~10.02~10.02~1-0.002~0.20.01~0.421~14坩埚升降快速/(mm/min)%100%100%100-%100%200>200坩埚升降手动有有有-有有无坩埚转速范围/(r/min)1~301~301~30-1~601~1002~20坩埚炉内行程/mm350400300-4003001150表1说明:凡标注∀*#号者为坩埚下降法单晶炉,标注∀##号者为区熔法单晶炉,其余为提拉法单晶炉。