防止单晶材料制备高温炉腔局部低温的连接补偿装置

技术领域

本发明属于晶体材料制备技术领域，具体地说，涉及一种防止单晶材料制备高温炉腔局部低温的连接补偿装置。

增加温度补偿；23和26部分外圆缠绕热敏材料制作的热电耦，温度越高电阻值越小，温度越低电阻值越大。

背景技术

制备碲锌镉三元单晶或其他双组分单晶或单组分单晶材料时，将纯度较高的原材料放入石英安瓶内抽取真空后封装，经高温融化、摇摆混合等工艺后，放入晶体材料生长炉内生长15-20天，才能生长出单晶材料。生长炉通常由7段到11段组成，每段炉膛内腔温度控制在950～1150℃区间某一恒定温度值，生长炉段不同温度的组合方式，构成不同的生长温度梯度，影响着晶体材料的生长品质。

对于同一段生长炉体，在垂直炉膛中心线的平面上，要求炉腔内的加热温度是恒定的，否则，无法在轴向方向获得均匀的温度梯度，会造成晶体材料的生长缺陷，难于生长出品质好的单晶材料。已有的单晶材料制备高温炉，每段炉体的炉腔采用一段热电耦加热，每段热电耦的输入和输出端通过导电片与炉体外供电电缆连接，导电片需要穿过炉体保温层，受导电片快速传热的影响，会造成加热热电耦连接导电片所对应炉体内腔的局部区域温度低于平面其他区域温度，影响了炉体内腔径向温度和轴向温度梯度的均匀性。

已有单晶材料制备高温炉腔热电耦连接装置如图3所示，单晶材料制备高温炉包括炉腔保温隔热层20、热电耦支撑架21、加热热电耦22，加热热电耦22直接与一块条形结构的热电耦连接导电片4连接，热电耦连接导电片4的一端与加热热电耦22连接，另一端由其上的电缆连接孔5连接到供电电缆。热电耦连接导电片4由具有良好导电性能的金属材料制作，此类材料具有较好的导热性能，热电耦连接导电片4穿过炉腔保温隔热层20，内端接通高温炉腔，外端处在接近于室内环境的低温区。受热电耦连接导电片4传热较快和两端温差较大的影响，热电耦连接导电片4与加热热电耦22连接端所在高温炉腔局部温度通常低于炉腔径向断面其他位置温度，导致炉腔内径向温度和轴向温度梯度不均匀。

为解决图3的连接装置存在的不足，发展出图4所示的连接装置，其热电耦连接导电片变成了S形连接导电片10，增加了热电耦连接导电片从炉腔内端到炉腔外端电缆连接孔11间距离，降低了快速传热对降低内端附近四周温度的影响，但其仍然是通过一整块导电片实现加热热电耦22与通电电缆的连接，仍然会对炉腔内径向温度和轴向温度梯度不均匀存在较大影响。

发明内容

为了克服背景技术中存在的问题，本发明提供一种防止单晶材料制备高温炉腔局部低温的连接补偿装置，以防止单晶材料制备高温炉腔的加热热电耦经供电电缆连接导电片向外快速传热，造成连接导电片在高温炉腔内端口附近形成局部低温区的问题，有效提高了炉腔内径向温度和轴向温度梯度的均匀性，保证单晶材料制备高温炉能够制备出高品质单晶材料。

为实现上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的：

一种防止单晶材料制备高温炉腔局部低温的连接补偿装置包括热电耦支撑架21、U形导电体23、导电隔热桥Ⅰ24、连接套25、L形导电体26、J形导电体27、连接导电片28、导电隔热桥Ⅱ30、导电隔热桥Ⅲ31、温度加热补偿器37、高温炉腔温度传感器38、温度比较器39、控制电路40，所述的热电耦支撑架21固定安装在固定在炉腔保温隔热层20的内腔中，加热热电耦22通过热电耦支撑架21支撑安装在炉腔内，加热热电耦22通过连接套25连接到L形导电体26的一端，L形导电体26的另一端通过连接套25与导电隔热桥Ⅰ24连接，L形导电体26的外部包裹着温度加热补偿器37，温度加热补偿器37与温度比较器39连接，温度比较器39的输入端还连接着高温炉腔温度传感器38，温度比较器39的输出端连接到控制电路40，控制电路40与供电电源线41连接，导电隔热桥Ⅰ24与导电隔热桥Ⅲ31之间通过连接套25连接有U形导电体23，导电隔热桥Ⅲ31与导电隔热桥Ⅱ30之间通过连接套25连接，J形导电体27的另一端通过连接套25与导电隔热桥Ⅱ30连接，J形导电体27的一端固定在连接导电片28上，连接导电片28固定在炉腔保温隔热层20上，连接导电片28上加工有用于连接供电电缆的连接孔29，导电隔热桥Ⅰ24、导电隔热桥Ⅱ30、导电隔热桥Ⅲ31掩埋在炉腔保温隔热层20内。

进一步，所述的导电隔热桥Ⅰ24、导电隔热桥Ⅱ30、导电隔热桥Ⅲ31的结构一致，均包括真空封装嘴32、左侧接嘴33、真空腔34、右侧接嘴35，所述的真空腔34的左右两端分别设置有左侧接嘴33与右侧接嘴35，左侧接嘴33与右侧接嘴35中分别设置有与真空管36，右侧接嘴35远离真空腔34的一端为封闭端，左侧接嘴33远离真空腔34的一端为开口端，左侧接嘴33的开口端设置有真空封装嘴32。

进一步，所述的左侧接嘴33和右侧接嘴35的直径相同，均为φd；真空腔34对应位置的横断面面积与左侧接嘴（33）或右侧接嘴（35）应位置的横断面面积相等，真空腔（34）内径为φDi，外径为φDo，π/4×(Do

本发明的有益效果：

本发明通过采用导电隔热桥与导电体连接，由于导电隔热桥的壁面厚度大幅减薄和接触面面积大幅增加，以及壁面直接掩埋在炉腔保温隔热层内，基于传热原理，从处于高温的炉腔保温隔热层内腔到处于室温的连接导电片之间，会在导电隔热桥Ⅰ、导电隔热桥Ⅱ和导电隔热桥Ⅲ附近区域分别形成温度逐渐降低的三个温区，导电隔热桥Ⅰ温区通过温度加热补偿器进行加热补偿，从而防止连接导电片导热过快带来的挨近高温炉腔内局部区域形成低温的问题，有效提高了炉腔内径向温度和轴向温度梯度的均匀性，保证单晶材料制备高温炉能够制备出高品质单晶材料。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明导电隔热桥的结构示意图；

图3为已有单晶材料制备高温炉控热电耦连接装置（一）的结构示意图；

图4为已有单晶材料制备高温炉控热电耦连接装置（二）的结构示意图；

图5为本发明的控制电路示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例和附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1、2、5所示，一种防止单晶材料制备高温炉腔局部低温的连接补偿装置包括热电耦支撑架21、U形导电体23、导电隔热桥Ⅰ24、连接套25、L形导电体26、J形导电体27、连接导电片28、导电隔热桥Ⅱ30、导电隔热桥Ⅲ31。

一种防止单晶材料制备高温炉腔局部低温的连接补偿装置包括热电耦支撑架21、U形导电体23、导电隔热桥Ⅰ24、连接套25、L形导电体26、J形导电体27、连接导电片28、导电隔热桥Ⅱ30、导电隔热桥Ⅲ31、温度加热补偿器37、高温炉腔温度传感器38、温度比较器39、控制电路40，所述的热电耦支撑架21固定安装在固定在炉腔保温隔热层20的内腔中，加热热电耦22通过热电耦支撑架21支撑安装在炉腔内，加热热电耦22通过连接套25连接到L形导电体26的一端，L形导电体26的另一端通过连接套25与导电隔热桥Ⅰ24连接，L形导电体26的外部包裹着温度加热补偿器37，温度加热补偿器37与温度比较器39连接，温度比较器39的输入端还连接着高温炉腔温度传感器38，温度比较器39的输出端连接到控制电路40，控制电路40与供电电源线41连接，导电隔热桥Ⅰ24与导电隔热桥Ⅲ31之间通过连接套25连接有U形导电体23，导电隔热桥Ⅲ31与导电隔热桥Ⅱ30之间通过连接套25连接，J形导电体27的一端通过连接套25与导电隔热桥Ⅱ30连接，J形导电体27的另一端固定在连接导电片28上，连接导电片28固定在炉腔保温隔热层20上，连接导电片28上加工有用于连接供电电缆的连接孔29，导电隔热桥Ⅰ24、导电隔热桥Ⅱ30、导电隔热桥Ⅲ31掩埋在炉腔保温隔热层20内。本发明通过采用导电隔热桥Ⅰ24、导电隔热桥Ⅱ30、导电隔热桥Ⅲ31通过连接套25实现L形导电体26、U形导电体23、导电隔热桥Ⅲ31之间的连接，既在L形导电体26、U形导电体23、导电隔热桥Ⅲ31之间设置导电隔热桥Ⅲ31导电隔热桥Ⅰ24、导电隔热桥Ⅱ30、导电隔热桥Ⅲ31，并且整个连接装置形成一个类似于S形的二结构，这样在增加热电耦22通过连接导电片28与供电电缆连接点间距离的同时，通过温度加热补偿器37与高温炉腔温度传感器38间温度比较，控制电路40基于温度比较器39结果控制温度加热补偿器37加热L形导电体26温度，并采用三个导电隔热桥在导电的过程中防止连接导电片28导热过快带来的挨近高温炉腔内局部区域形成低温的问题，降低加热电耦22所连接的连接导电片28传热对炉腔内径向温度和轴向温度梯度不均匀性影响。

在本发明中，所述的导电隔热桥Ⅰ24、导电隔热桥Ⅱ30、导电隔热桥Ⅲ31的结构一致，均包括真空封装嘴32、左侧接嘴33、真空腔34、右侧接嘴35，所述的真空腔34的左右两端分别设置有左侧接嘴33与右侧接嘴35，左侧接嘴33与右侧接嘴35中分别设置有与真空管36，右侧接嘴35远离真空腔34的一端为封闭端，左侧接嘴33远离真空腔34的一端为开口端，左侧接嘴33的开口端设置有真空封装嘴32。在导电隔热桥Ⅰ24、导电隔热桥Ⅱ30、导电隔热桥Ⅲ31上分别设置真空腔34，利用其内部设置有与真空腔34内腔连通的管路的左侧接嘴33右侧接嘴35连接相应的U形导电体23、L形导电体26或J形导电体27，由于导电隔热桥Ⅰ24、导电隔热桥Ⅱ30、导电隔热桥Ⅲ31相对传统的连接导热片，其壁面厚度大幅减薄和接触面面积大幅增加，并且导电隔热桥Ⅰ24、导电隔热桥Ⅱ30、导电隔热桥Ⅲ31的壁面直接掩埋在炉腔保温隔热层20内，基于传热原理，从处于高温的炉腔保温隔热层20内腔到处于室温的连接导电片28之间，会在导电隔热桥Ⅰ24、导电隔热桥Ⅱ30、导电隔热桥Ⅲ31附近区域分别形成温度逐渐降低的三个温区，从而防止连接导电片28导热过快带来的挨近高温炉腔内局部区域形成低温的问题，降低加热电耦22的连接导电片28传热对炉腔内径向温度和轴向温度梯度不均匀性影响。同时，所述的左侧接嘴33和右侧接嘴35的直径相同，均为φd；真空腔34对应位置的横断面面积与左侧接嘴（33）或右侧接嘴（35）应位置的横断面面积相等，真空腔（34）内径为φDi，外径为φDo，π/4×(Do

本发明通过采用导电隔热桥与导电体连接，由于导电隔热桥的壁面厚度大幅减薄和接触面面积大幅增加，以及壁面直接掩埋在炉腔保温隔热层内，基于传热原理，从处于高温的炉腔保温隔热层内腔到处于室温的连接导电片之间，会在导电隔热桥Ⅰ、导电隔热桥Ⅱ和导电隔热桥Ⅲ附近区域分别形成温度逐渐降低的三个温区，导电隔热桥Ⅰ温区通过温度加热补偿器进行加热补偿，从而防止连接导电片导热过快带来的挨近高温炉腔内局部区域形成低温的问题，有效提高了炉腔内径向温度和轴向温度梯度的均匀性，保证单晶材料制备高温炉能够制备出高品质单晶材料。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。