一种金属单晶制备装置

技术领域

本发明涉及金属单晶制备技术领域，具体为一种金属单晶制备装置。

背景技术

坩埚下降法生长的单晶炉设备是一种常用的晶体生长方法又叫布里奇曼晶体生长法，把原料装在坩埚内，并通过控制加热炉体缓慢的上升，形成一个温度梯度，炉温控制在略高于材料的熔点，在坩埚通过加热区域时，坩埚中的材料被熔融，当加热炉持续上升时，坩埚底部材料低于熔点以下，并开始结晶，晶体随炉体上升而持续长大。这种方法通常拥有金属单晶双晶的生长，用于制备碱金属和碱土金属卤化物和氟化物单晶生长等。

现有的坩埚下降法生长的单晶炉，采用坩埚在加热炉内运动脱出，使内部熔融金属原料形成单晶析出，需要采用升降驱动结构等支撑结构进行坩埚的运动执行，以保证大质量坩埚的稳定行进，结构操作复杂，且易受高温影响导致执行结构的使用寿命降低，且坩埚运动的方式易因加热炉内负压引入外界环境控制，存在内部加热尾气的泄漏的风险，损害工作人员身体健康，且外界低温气流的进入影响坩埚表面温度，致使坩埚熔融也顶面受冷降温，影响金属单晶的生成，存在较多缺陷。

有鉴于此，针对现有的问题予以研究改良，提供一种金属单晶制备装置，来解决目前存在的问题，旨在通过该技术，达到解决问题与提高实用价值性的目的。

发明内容

本发明旨在解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。

为此，本发明所采用的技术方案为：一种金属单晶制备装置，包括：主机座、废气回收组件和单晶炉组件，所述主机座的顶端固定安装有提升轨架，所述提升轨架的输出端固定连接有运动座，所述废气回收组件包括废气导箱、驱动盒和攀升架以及固定安装于炉体底面的闭烟阀，所述驱动盒固定安装于废气导箱的顶面且滑动套接于攀升架的外侧，所述驱动盒的内侧固定安装有外转子电机，所述外转子电机的外侧固定套接有螺纹套座，所述攀升架的表面设有与螺纹套座相适配的螺齿；

所述单晶炉组件包括炉体、坩埚、封堵阀头和位于炉体内侧的加热套组，所述炉体的内侧设有真空隔热层和隔热瓦，所述封堵阀头固定安装于攀升架的底端，且所述封堵阀头的底面设有若干锁舌，所述坩埚套接于加热套组的内侧，所述加热套组的端部电连接有涡流发生器。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述提升轨架为丝杆导轨结构且呈竖直方向布置，所述运动座滑动安装于提升轨架表面且一端与提升轨架的输出端固定连接，用于执行攀升架的升降运动。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述主机座的表面设有用于支撑坩埚的隔热座，所述坩埚放置于隔热座表面且位于炉体的内侧。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述真空隔热层为多层结构且内设有真空腔体，所述隔热瓦为弧形立方体转块结构并相互拼接组合形成柱状套筒，所述加热套组嵌入于隔热瓦表面。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述加热套组呈螺旋环状并套接于坩埚的外周，所述加热套组的内侧与坩埚的外周之间设有间距。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述封堵阀头的表面设有用于偏转驱动锁舌运动的转把，所述炉体的顶面设有与封堵阀头相适配的导烟孔且导烟孔与闭烟阀的底面相贴合，所述炉体的内侧设有与锁舌相适配的扣槽。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述废气导箱的内部为空腔结构，且废气导箱的表面设有排烟孔，所述排烟孔的端部连通有尾气处理设备。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述闭烟阀包括动法兰环、静法兰环和六个阀门片，所述阀门片的上下表面分别设有滑导条和导销，所述动法兰环的底面开设有正六边形滑槽且滑导条滑动套接于所述滑槽内，所述动法兰环表面设有沿动法兰环内环切向布置的六个导槽，所述阀门片底面的导销滑动套接于所述导槽内，所述动法兰环外周设有手转把，所述静法兰环固定于废气导箱的底面。

本发明所取得的有益效果为：

1.本发明中，通过采用炉体上升式运动结构，在封堵阀头控制下实现攀升架与炉体的接合，并利用废气导箱攀升运动带动炉体进行提升工作，坩埚底部暴露于室外环境中，内部材料温度降低逐渐低于熔点以下，并开始结晶，晶体随炉体上升而持续长大，废气导箱和炉体在尾气排放工作中稳定上升避免外界环境气流干扰。

2.本发明中，通过设置独立废气导箱结构，并由闭烟阀进行废气导箱和炉体内部的连通控制进行尾气导流，并在晶体生长中保持炉体顶端的封闭效果，避免外界低温导致坩埚顶端受温不均引起的废气导箱和炉体保持接通状态进行加热尾气的持续吸收，避免泄漏。

3.本发明中，通过独立闭烟阀进行炉体顶部封闭和开启控制，在加热、保温保热阶段或单晶生长阶段进行炉体的封闭或开启，进行尾气排放处理和保温保热。

附图说明

图1为本发明一个实施例的整体结构示意图；

图2为本发明一个实施例的废气导箱内部结构示意图；

图3为本发明一个实施例的单晶炉组件截面结构示意图；

图4为本发明一个实施例的攀升架结构示意图；

图5为本发明一个实施例的坩埚、封堵阀头和加热套组结构示意图；

图6为本发明一个实施例的闭烟阀分解结构示意图；

图7为本发明一个实施例的闭烟阀底面结构示意图。

附图标记：

100、主机座；110、提升轨架；120、运动座；

200、废气回收组件；210、废气导箱；220、驱动盒；230、攀升架；240、闭烟阀；221、外转子电机；222、螺纹套座；231、螺齿；241、动法兰环；242、静法兰环；243、阀门片；244、滑导条；245、导销；

300、单晶炉组件；310、炉体；320、坩埚；330、封堵阀头；340、加热套组；311、真空隔热层；312、隔热瓦；331、锁舌。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图描述本发明的一些实施例提供的一种金属单晶制备装置。

结合图1-7所示，本发明提供的一种金属单晶制备装置，包括：主机座100、废气回收组件200和单晶炉组件300，主机座100的顶端固定安装有提升轨架110，提升轨架110的输出端固定连接有运动座120，废气回收组件200包括废气导箱210、驱动盒220和攀升架230以及固定安装于炉体310底面的闭烟阀240，驱动盒220固定安装于废气导箱210的顶面且滑动套接于攀升架230的外侧，驱动盒220的内侧固定安装有外转子电机221，外转子电机221的外侧固定套接有螺纹套座222，攀升架230的表面设有与螺纹套座222相适配的螺齿231；

单晶炉组件300包括炉体310、坩埚320、封堵阀头330和位于炉体310内侧的加热套组340，炉体310的内侧设有真空隔热层311和隔热瓦312，封堵阀头330固定安装于攀升架230的底端，且封堵阀头330的底面设有若干锁舌331，坩埚320套接于加热套组340的内侧，加热套组340的端部电连接有涡流发生器。

在该实施例中，提升轨架110为丝杆导轨结构且呈竖直方向布置，运动座120滑动安装于提升轨架110表面且一端与提升轨架110的输出端固定连接，用于执行攀升架230的升降运动。

在该实施例中，主机座100的表面设有用于支撑坩埚320的隔热座，坩埚320放置于隔热座表面且位于炉体310的内侧。

具体的，采用静置坩埚320结构配合炉体310的相对提升运动实现坩埚320内部金属单晶生成，有效避免因坩埚高温导致下行运动执行机构的高温损坏。

在该实施例中，真空隔热层311为多层结构且内设有真空腔体，隔热瓦312为弧形立方体转块结构并相互拼接组合形成柱状套筒，加热套组340嵌入于隔热瓦312表面。

具体的，利用真空隔热层311和隔热瓦312作为炉体310的保温隔热结构，避免热量外逸，提高能量利用率，并高效隔热，保持加热效果的稳定。

在该实施例中，加热套组340呈螺旋环状并套接于坩埚320的外周，加热套组340的内侧与坩埚320的外周之间设有间距。

进一步的，封堵阀头330的表面设有用于偏转驱动锁舌331运动的转把，炉体310的顶面设有与封堵阀头330相适配的导烟孔且导烟孔与闭烟阀240的底面相贴合，炉体310的内侧设有与锁舌331相适配的扣槽。

具体的，在转动锁舌331后实现封堵阀头330与炉体310顶面的接合锁止或解锁工作，实现攀升架230与炉体310的连接和脱断工作。

在该实施例中，废气导箱210的内部为空腔结构，且废气导箱210的表面设有排烟孔，排烟孔的端部连通有尾气处理设备。

在该实施例中，闭烟阀240包括动法兰环241、静法兰环242和六个阀门片243，阀门片243的上下表面分别设有滑导条244和导销245，动法兰环241的底面开设有正六边形滑槽且滑导条244滑动套接于滑槽内，动法兰环241表面设有沿动法兰环241内环切向布置的六个导槽，阀门片243底面的导销245滑动套接于导槽内，动法兰环241外周设有手转把，静法兰环242固定于废气导箱210的底面。

具体的，采用虹膜是开关阀结构，在动法兰环241的手动转动下实现各个阀门片243的偏转有运动进行排烟通道的开启和闭合。

本发明的工作原理及使用流程：

在进行金属原料添加中，人工转动动法兰环241，使各个阀门片243旋转开启，打卡废气导箱210与炉体310之间通道，通过提升轨架110和运动座120工作使攀升架230下行运动，并同时在外转子电机221的驱动下螺纹套座222转动，使废气导箱210和闭烟阀240相对于攀升架230整体上升运动，使攀升架230底端封堵阀头330与炉体310顶口接合，锁舌331偏转与炉体310顶口扣接，实现炉体310与攀升架230底端的连接接合；在提升轨架110和运动座120工作整体提升废气回收组件200和炉体310，使坩埚320从炉体310底端脱出，坩埚320裸露，去除坩埚320将金属原料添加至坩埚320内部后，提升轨架110和运动座120驱动废气回收组件200和炉体310下行运动，炉体310套接于坩埚320外周并接触地面，锁舌331解锁脱离炉体310顶端之后提升轨架110和运动座120工作带动攀升架230提升，同时外转子电机221驱动废气导箱210沿攀升架230表面相对下行运动，使废气导箱210底端始终保持与炉体310顶面的贴合，手动执行闭烟阀240的关闭，完成准备阶段和投料工作；

此后，进行金属原料的加热使其熔融，加热废气，在炉体310内部加热套组340的涡流作用下进行感应加热，并同时通过闭烟阀240以及炉体310内部真空隔热层311和隔热瓦312进行隔热保温；

加热熔融后进行金属单晶生成，相同步骤开启闭烟阀240并通过提升轨架110和运动座120的工作执行攀升架230的下行，并通过外转子电机221工作保持闭烟阀240底面与炉体310顶面的贴合，使攀升架230底端封堵阀头330相对运动并插入炉体310内部接合，利用锁舌331偏转实现炉体310与封堵阀头330的扣接，对接完成后，保持炉体310顶部的密封效果，避免外部气流从炉体310上方进入导致坩埚320内部原料受温不均，通过运动座120上行运动带动废气导箱210、闭烟阀240、炉体310和攀升架230整体上行运动，则放置于地面的坩埚320相对于炉体310内部加热套组340进行下降，当加热炉持续上升时，坩埚底部暴露于室外环境中，内部材料温度降低逐渐低于熔点以下，并开始结晶，晶体随炉体上升而持续长大。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例,本领域的普通技术人员可以理解，在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由权利要求及其等同物限定。