CN104862776B - 一种新型蓝宝石上轴冷却杆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及晶体生长炉领域，旨在提供一种新型蓝宝石上轴冷却杆。该产品包括导冷管、旋转接头、进水管、冷却铜管和密封套；冷却铜管包括相互连通的上下两段，呈管状的下段套装在导冷管中且相互保持间距；冷却铜管的上段为扩口部位，扩口部位的上端部与旋转接头的底部相接；进水管上端设进水嘴，进水管在贯穿旋转接头后插入至冷却铜管扩口部位的底部，并由密封套在该处实现密封；冷却铜管的底部为喇叭口形状，且在喇叭口上均匀开设多个切口；冷却铜管的扩口部位的中部设通水孔，旋转接头上设有出水嘴，通水孔与出水嘴相通。本发明产品在运行过程中既保证了冷却、旋转的要求，同时又将冷却效果最大化，并且保持上轴冷却杆在使用过程中平稳。

Description

一种新型蓝宝石上轴冷却杆

技术领域

本发明属于晶体生长炉领域，具体涉及一种新型蓝宝石上轴冷却杆。

背景技术

蓝宝石(Sapphire)是一种氧化铝的单晶，又称为刚玉。蓝宝石作为一种重要的技术晶体，已被广泛地应用与科学技术、国防与民用工业的许多领域。蓝宝石晶体具有优异的光学性能、机械性能和化学稳定性，强度高、硬度大、耐冲刷，可在接近2000℃高温的恶劣环境下工作。

蓝宝石炉是提炼获得蓝宝石晶体的一种重要设备。随着第一颗人工宝石成功至今，各种人工生长蓝宝石晶体的工艺不断的再发展，主要工艺有泡生法、提拉法、导模法以及坩埚下降法等，其中泡生法(包括改进的泡生法)以操作简便、成品率高、质量好等优点成为现在的主流。

泡生法是将一根受冷的籽晶与熔体接触，如果界面的温度低于凝固点，则籽晶开始生长。为了使晶体不断长大，就需要逐渐降低熔体的温度，同时旋转晶体，以改善熔体的温度分布；也可以缓慢地(或者分阶段地)上提晶体，以扩大散热面。晶体在生长过程中或生长结束时不与坩埚壁接触，从而大大的减少了晶体的应力，也减少了坩埚对晶体的污染，从而达到了高成品率、高质量的目的。

实现泡生法生长蓝宝石晶体的首要条件就是有一根能够旋转的上轴冷却杆，籽晶安装在上轴冷却杆上。而传统的受冷的籽晶杆结构存在水流对籽晶夹头的冲击，而产生抖动。较小的抖动会影响晶体的生长，严重的抖动使称重测量不精确，甚至损伤籽晶，造成晶体生长失败。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种新型蓝宝石上轴冷却杆。

为解决技术问题，本发明的解决方案是：

提供一种新型蓝宝石上轴冷却杆，包括导冷管、旋转接头、进水管、冷却铜管和密封套，冷却铜管包括相互连通的上下两段，呈管状的下段套装在导冷管中且相互保持间距；冷却铜管的上段为扩口部位，扩口部位的上端部与旋转接头的底部相接；进水管上端设进水嘴，进水管在贯穿旋转接头后插入至冷却铜管扩口部位的底部，并由密封套在该处实现密封；冷却铜管的底部为喇叭口形状，且在喇叭口上均匀开设多个切口；冷却铜管的扩口部位的中部设通水孔，旋转接头上设有出水嘴，通水孔与出水嘴相通。

进水嘴—进水管内部—冷却铜管内部—冷却铜管的喇叭口—冷却铜管与导冷管的间隙—冷却铜管的扩口部位的中部开孔—旋转接头的内部—出水嘴，这是冷却杆中的冷却水流通通道。

作为一种改进，所述旋转接头的内部为中空状或设有通道。

作为一种改进，所述冷却铜管的喇叭口的最大直径等于导冷管的内径，使喇叭口的最外缘紧贴导冷管的内壁。这样能避免冷却铜管因水流的冲击在导冷管内抖动，严重影响到导冷管的平稳运行。

作为一种改进，所述导冷管的上端通过多个均布的顶紧螺钉固定在冷却铜管上，导冷管的上端与冷却铜管之间通过两道O形密封圈实现进行密封。

作为一种改进，所述导冷管包括两部分：上段为不锈钢材质，下段为紫铜材质，上下两段之间通过螺纹连接后采用钎焊实现焊接密封。先用螺纹进行连接紧固，可增强其焊缝的抗拉能力。

作为一种改进，所述冷却铜管的扩口部位的上端部通过双头空心螺杆与旋转接头实现连接。

作为一种改进，设冷却铜管的内径为A，冷却铜管的外径为B，导冷管的内径为C，则应满足：1.6(C²-B²)≤A²≤1.8(C²-B²)。

根据多次反复试验验证：当上述三个尺寸符合该条件时，导冷管中的水流最平稳、冷却效果最佳，并且导冷管的紫铜材质段也能平稳处于高温环境而不至于发生变形。

作为一种改进，所述冷却铜管的扩口部位具有反卷结构以形成向下的凹槽，导冷管的的上端插入至该凹槽中。

作为一种改进，所述旋转接头具有如下结构：旋转接头设有内、外两根空心管，内空心管上部设有出水口，在内、外空心管之间的出水口的上下方处设有密封圈；两根空心管之间设有轴承用于实现相对旋转运动；所述进水管从内空心管中穿过。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

通过采用上述方案，整个上轴冷却杆在运行过程中既保证了冷却、旋转的要求，同时又将冷却效果最大化，并且保持上轴冷却杆在使用过程中平稳。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为导冷管底端结构示意图。

图3为旋转接头内部结构示意图。

图中附图标记为：1进水嘴，2进水管，3出水嘴，4旋转接头，5冷却铜管，6O形密封圈，7密封套，8导冷管，9籽晶，10顶紧螺钉，11导冷管上段，12钎焊焊缝，13螺纹，14导冷管下段，15喇叭口，16外空心管，17密封圈，18内空心管，19轴承，20出水口。

具体实施方式

下面结合附图本发明进一步说明：

本发明中的新型蓝宝石上轴冷却杆，包括导冷管8、旋转接头4、进水管2、冷却铜管5和密封套7，冷却铜管5包括相互连通的上下两段，呈管状的下段套装在导冷管8中且相互保持间距；冷却铜管5的上段为扩口部位，扩口部位的上端部通过双头空心螺杆与旋转接头4的底部相接。

进水管2上端设进水嘴1，进水管2在贯穿旋转接头4后插入至冷却铜管5扩口部位的底部，并由密封套7在该处实现密封；冷却铜管5的底部为喇叭口15，且在喇叭口15上均匀开设多个切口(比如4个切口)，喇叭口15的最大直径等于导冷管8的内径，使喇叭口15的最外缘紧贴导冷管8的内壁。冷却铜管5的扩口部位的中部设通水孔(用于回流的冷却水通过)，旋转接头4上设有出水嘴3，旋转接头4的内部为中空状或设有通道，使通水孔能与出水嘴3相通。

本发明中，所述旋转接头4的内部为中空状或设有通道，用于实现将冷却水引至出水口。

作为一种改进的方案，可以将旋转接头4设定为如下结构：具有内、外两根空心管，内空心管18上部设有出水口20，在内，外空心管之间，出水口20的上下位置设有密封圈17；两根空心管之间设有轴承19可以实现相对运动，用以实现旋转功能。进水管2从内空心管18中穿将水流引流下去，经换热后的水再从进水管2的外壁与内空心管18的内壁之间回流上来，通过出水口20将水引入出水嘴3，实现水的循环。

在宝石炉拉晶过程中，需要籽晶9与导冷管8做旋转运动，此时，如果没有采用类似旋转接头4这样的结构，当籽晶9与导冷管8做旋转运动时，会带动与进水嘴1和出水嘴3连接的通水软管，使得通水软管缠绕在旋转接头上，阻碍籽晶9与导冷管8的旋转运动。故而，本发明的设计使得旋转接头4的内空心管18可以跟随籽晶9与导冷管8一起做旋转运动，而外空心管16与进水嘴1、出水嘴3以及连接的通水软管保持静止；并且同时也实现了水流的循环流动，保证了底部籽晶9的有效冷却。

冷却铜管5的扩口部位具有反卷结构以形成向下的凹槽，导冷管8的的上端插入至该凹槽中，并通过多个(例如3个)均布的顶紧螺钉10固定在冷却铜管5上，导冷管8的上端与冷却铜管5的扩口部位之间通过两道O形密封圈6实现进行密封。

导冷管8包括两部分：导冷管上段11为不锈钢材质，导冷管下段14为紫铜材质，上下两段之间通过螺纹13连接后采用钎焊实现焊接密封。

在实际使用中，申请人通过大量试验反复验证：设冷却铜管的内径为A，冷却铜管的外径为B，导冷管的内径为C，则应满足：1.6(C²-B²)≤A²≤1.8(C²-B²)。当上述三个尺寸符合该条件时，导冷管中的水流最平稳、冷却效果最佳，并且导冷管的紫铜材质段也能平稳处于高温环境而不至于发生变形。

本发明的运行过程说明：

冷却水从进水嘴1进入进水管2，进水管2穿过旋转接头4连接到冷却铜管5,沿着冷却铜管5到底部的喇叭口15，再沿冷却铜管5与导冷管8满上来，然后通过冷却铜管5扩口部位上的通水孔进入旋转接头4，经出水嘴3后形成一个回路。在此过程中，为了防止进水与出水混合，在进水管2的底端安装了一个密封套7用来隔开进出水，同时冷却铜管5是用顶紧螺钉10固定到导冷管8上的，并且上面利用两道O形密封圈6进行了密封。这样，冷却水能顺利的对固定在导冷管8底部的籽晶9进行有效的冷却。由于冷却铜管5下端设计为喇叭口15的缘故，导冷管8不会因为水流的关系发生抖动。

Claims (5)

1.一种新型蓝宝石上轴冷却杆，包括导冷管，其特征在于，还包括：旋转接头、进水管、冷却铜管和密封套；冷却铜管包括相互连通的上下两段，呈管状的下段套装在导冷管中且相互保持间距；冷却铜管的上段为扩口部位，扩口部位的上端部与旋转接头的底部相接；进水管上端设进水嘴，进水管在贯穿旋转接头后插入至冷却铜管扩口部位的底部，并由密封套在该处实现密封；冷却铜管的底部为喇叭口形状，且在喇叭口上均匀开设多个切口；冷却铜管的喇叭口的最大直径等于导冷管的内径，使喇叭口的最外缘紧贴导冷管的内壁；冷却铜管的扩口部位的中部设通水孔，旋转接头上设有出水嘴，通水孔与出水嘴相通，扩口部位的上端部通过双头空心螺杆与旋转接头实现连接；

所述旋转接头具有如下结构：旋转接头设有内、外两根空心管，内空心管上部设有出水口，在内、外空心管之间的出水口的上下方处设有密封圈；两根空心管之间设有轴承用于实现相对旋转运动；所述进水管从内空心管中穿过。

2.根据权利要求1所述的上轴冷却杆，其特征在于，所述导冷管的上端通过多个均布的顶紧螺钉固定在冷却铜管上，导冷管的上端与冷却铜管之间通过两道O形密封圈实现密封。

3.根据权利要求1所述的上轴冷却杆，其特征在于，所述导冷管包括两部分：上段为不锈钢材质，下段为紫铜材质，上下两段之间通过螺纹连接后采用钎焊实现焊接密封。

4.根据权利要求1至3任意一项中所述的上轴冷却杆，其特征在于，设冷却铜管的内径为A，冷却铜管的外径为B，导冷管的内径为C，则应满足：

1.6(C²-B²)≤A²≤1.8(C²-B²)。

5.根据权利要求1至3任意一项中所述的上轴冷却杆，其特征在于，所述冷却铜管的扩口部位具有反卷结构以形成向下的凹槽，导冷管的的上端插入至该凹槽中。