CN107300323A - 水冷坩埚 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水冷坩埚，包括顶部中心形成有物料池的坩埚，以及与所述的坩埚底部固定连接的底座；物料池周侧水冷机构包括于坩埚于物料池底部向内凹陷地形成的水槽，所述的水槽由所述的底座将下开口封闭，其中，在所述的水槽内固定设置有导流立柱，所述的导流立柱上端或下端形成有过流孔以使所述的水槽与过流孔配合构成上下迂回式水道；本发明的水冷坩埚，对不同部位采用不同方式的流道设计，针对性强，可有效保证水冷管坩埚的水冷效果和均匀性，同时，两种流道设计，均在坩埚体内无焊缝，避免了漏水的安全隐患，提高了设备的可靠性，降低了加工成本，通过打水孔和内嵌导水管的方式以及套管内外循环式共同形成循环水道，可以保证加工精度，可通过调整孔径和水孔位置以及水槽宽度灵活调整水道冷却面积，使得冷却面积增大，满足不同热负荷的要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种坩埚，特别是涉及一种水冷坩埚。
背景技术
真空金属冶炼提纯技术，在蒸发系统中，使用水冷焊接铜坩埚作为蒸发热源的载体，铜具有非常好的导热性能，在水冷条件下，可以很好的降低自身温度，保证使用性能。现有的冷却水道一般采用下进上出的水路结构。
中国专利CN 204987858U公开了一种电子束熔炼炉用水冷坩埚，包括底座，底座上端面形成凸环，外水套、夹套下端均与凸环顶面连接，内水套下端插入凸环内，且与底座连接，外水套、夹套、内水套由外至内依次设置，夹套外壁与外水套内壁之间形成间隙，夹套和内水套之间间隙配合；外水套和内水套上端通过法兰连接；内水套外圆周壁形成螺旋槽；外水套下端安装有进水管和出水管，进水管贯穿外水套和夹套且与螺旋槽连通，出水管贯穿外水套且与间隙连通。
虽然上述结构克服了局部蒸发的温度，但是整个水路的形成需要通过真空钎焊实现，加工成本高，受热负荷限制，存在漏水的安全隐患，影响蒸发系统的可靠性。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种水冷坩埚。
为实现本发明的目的所采用的技术方案是：
一种水冷坩埚，包括顶部中心形成有物料池的坩埚，以及与所述的坩埚底部固定连接的底座；
物料池周侧水冷机构包括于坩埚于物料池底部向内凹陷地形成的水槽，所述的水槽由所述的底座将下开口封闭，其中，在所述的水槽内固定设置有导流立柱，所述的导流立柱上端或下端形成有过流孔以使所述的水槽与过流孔配合构成上下迂回式水道；
物料池底部水冷机构包括形成在所述的坩埚于物料池周侧的底部且下端口被所述的底座密封的4个水孔，形成在所述的底座上的4个通孔；与所述的通孔一一对应地固定设置且可匹配插入所述的水孔中并与水孔保持间隔的导水
管，水孔两两为一组且由连接槽连通，所述的水槽与两组水孔的导水管由接引部导通，剩余的另外两个导水柱分别与进水管和出水管连通；
所述的水孔、连接槽、导水管、水槽、接引部构成整体单向通道。
所述的水槽为一段C型水槽。
所述的接引部设置在底座底部的接引管。
所述的水孔沿坩埚的轴向平行设置，水槽等宽等深设置且深度方向均与坩埚的轴向平行，所述的水孔和水槽的壁厚在5-10mm。
所述的导水管内的水流截面积、导水管和水孔间的水流截面积相同、所述的接引部的水流截面积均与过流孔的水流截面积对应。
还包括测温机构，在坩埚的物料池底部和/或物料池周侧设置有轴向延伸的测量孔，在底座上对应设置穿孔，所述的测温机构匹配地穿过穿孔插入所述的测量孔。
还包括与所述的底座密封固定连接基座，在所述的底座底面形成有接引槽，所述的基座将所述的接引槽槽下端口封闭以构成所述的接引部。
所述的连接槽形成在坩埚的下表面或底座的上表面并由底座或坩埚将连接槽的槽口封闭以构成水流通道。
所述的过流孔由导流立柱端部的通孔形成，或者，所述的过流孔由所述的导流立柱端面与水槽顶面或底座上表面间的间隙构成。
所述的水槽两侧形成有弧形凹窝以定位所述的导流立柱，所述的导流立柱过渡配合或者过盈配合地设置在所述的水槽内。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明的水冷坩埚，对不同部位采用不同方式的流道设计，针对性强，可有效保证水冷管坩埚的水冷效果和均匀性，同时，两种流道设计，均在坩埚体内无焊缝，避免了漏水的安全隐患，提高了设备的可靠性，降低了加工成本，通过打水孔和内嵌导水管的方式以及套管内外循环式共同形成循环水道，可以保证加工精度，可通过调整孔径和水孔位置以及水槽宽度灵活调整水道冷却面积，使得冷却面积增大，满足不同热负荷的要求。
附图说明
图1所示为本发明的水冷坩埚的爆炸态结构示意图；
图2所示为图1所示的另一视角结构示意图；
图3所示为坩埚底部的结构示意图；
图4所示为底座的结构示意图；
图5所示底座的另一时间结构图；
图6所示为水冷坩埚的组状态结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图所示，本发明公开了一种水冷坩埚，包括顶部中心形成有物料池11的坩埚1，以及与所述的坩埚底部固定连接的底座2；其中，所述的坩埚为热良导体，如铜材质，所述的座板为不锈钢材质，充分结合不锈钢的良好加工性和铜的导热性。其中，为实现坩埚和座板的密封连接，两者相接触面优选为平面并在两者间设置密封板，如橡胶板密封。
物料池周侧水冷机构包括于坩埚于物料池底部向内凹陷地形成的水槽12，优选为C型水槽，所述的水槽由所述的底座将下开口封闭，其中，在所述的水槽内固定设置有导流立柱，所述的导流立柱13上端或下端形成有过流孔以使所述的水槽与过流孔配合构成上下迂回式水道；其中，所述的过流孔为导流立柱端部的通孔，或者由导流立柱与水槽顶面或者座板上表面间的间隙构成，即导流立柱的长度小于水槽深度，通过插入到底或者底端与坩埚底部齐平构成过流孔，其中，导流立柱13优选为圆柱形或方柱形，当然也可采用其他截面形状，只要能实现对液体的阻断即可。在坩埚底部设置水槽且该水槽由座板将水槽的下端面封闭形成腔式水道，同时在水道内设置导流立柱，该导流立柱将水道阻断只留有过流孔，相邻的两导流立柱的过流孔成上下交错配置，即在坩埚内形成上下迂回式单向水道，通过水流在单向水道的流动实现降温效果。
物料池底部水冷机构包括形成在所述的坩埚于物料池周侧的底部且下端口被所述的底座密封的4个水孔14，形成在所述的底座上的4个通孔；与所述的通孔一一对应地固定设置且可匹配插入所述的水孔中并与水孔保持间隔的导水管21，水孔两两为一组且由连接槽15连通，所述的水槽与所述的导水管分别由接引部22导通；所述的连接槽15形成在所述的坩埚的底面或者座板的上表面，只需要满足坩埚和座板的密封连接即可。所述的水孔、连接槽、导水管、水槽即接引部构成整体单向通道。其中，所述的接引部22可为与所述的通孔固定密封连接的U型接引管等。该U型接引管可与所述的导水管一体形成，同时为提高装配性，在所述的底座下表面还设置有将所述的接引管容纳其中的嵌槽，同时，所述的一体式接引管和导水管可采用过盈配合实现固定连接。
本发明的水冷坩埚，对不同部位采用不同方式的流道设计，针对性强，可有效保证水冷管坩埚的水冷效果和均匀性，同时，两种流道设计，均在坩埚体内无焊缝，避免了漏水的安全隐患，提高了设备的可靠性，降低了加工成本，通过打水孔和内嵌导水管的方式以及套管内外循环式共同形成循环水道，可以保证加工精度，可通过调整孔径和水孔位置以及水槽宽度灵活调整水道冷却面积，使得冷却面积增大，满足不同热负荷的要求。
在具体实现上，为实现流路的整体设计，如图所示，本发明第一实施例为所述的水槽为两段直线水槽，所述的n为偶数，所述的连通部为n/2-1个以将对应组的导水管连通，剩余的两个导水管分别通过接引部连接至所述的直线水槽的一端，直线水槽的另一端分别对应设置进水管和出水管。所述的接引部优选为接引管，其可与对应的导水管一体形成。
具体来说，坩埚体上开设有4个水孔，4个水孔分为平行间隔的两组，两组水孔对应的一个导水管分别进水管或出水管连通，同时剩余的两个导水管分别通过接引部，如接引管连接至C型水槽，以作为物料池周侧水冷机构的进水和出水，整体水路流向为通过底部的一个导水管进入，在水孔内折返，然后进入经连接槽进入另一个水孔，再经导水管和接引部进入水槽，在水槽内进行上下迂回式前进后经接引部进入导流管，然后依次在水孔、连接槽、水孔、导水管后最终排出。即，将物料池周侧水冷机构的水路串接在两组水孔间。
其中，为满足散热效果和安装效果，所述的水孔及水槽沿坩埚的轴向平行设置且在坩埚内密布，，所述的水孔和水槽与物料池的壁厚在5-10mm。因为坩埚优选为铜质，其具有良好的导热性能，冷却效果取决于换热面积和水流量，密布的水孔即水槽可以形成较大的换热面积，水孔与物料池的距离即壁厚较小，可以将热量快速导出，多点均布的水孔设计，即能有效满足设计需要，保证冷却性能。
进一步地，为保证水流道的顺畅，所述的导水管内的水流截面积、导水管和水孔间的水流截面积相同、所述的接引部的水流截面积均与过流孔的水流截面积对应。如，所述的导水管的内径为10-16mm，所述的导水管外壁与水孔间距在3-5mm。采用匹配的大小配置，保证水流通道完整顺畅，而且，也能有效避免死区，杜绝局部蒸发出现。
为提高设备的实用性，还包括测温机构，在坩埚的物料池底部和/或物料池周侧设置有轴向延伸的测量孔，在底座上对应设置穿孔，所述的测温机构匹配地穿过穿孔插入所述的测量孔。采用内开孔式安装定位测温机构，如测温热电偶，安装简单，可实现多点同时测温，而且同时还保证坩埚体内无焊缝，提高使用安全性。
作为其中一种具体实施方式，还包括与所述的底座通过多个螺钉密封固定连接的基座3，所述的接引部22为形成在所述的底座底面的接引槽，所述的基座将连通槽下开口封堵以局限为水流通道。所述的底座和基座均为不锈钢材质，在坩埚和底座间设置有密封板，在底座和基座间设置有密封板，如橡胶板组，采用多点螺钉安装，有效保证各处密封性，而且充分利用不锈钢的易加工性，保证了加工精度，降低了加工难度和成本。整体结构简单，流道各部分衔接顺畅，使用效果好。所述的基座上开设有与所述的剩余的两个导水管对应的开孔并在开孔处设有对应的进水管和出水管，其通过法兰固定连接并连通。
同时，为减少电子束击穿带来的漏水风险，与电子轰击区上下对应的区域内，即两组水孔之间无焊接点设置，提高整体的使用安全性。
进一步地，所述的导流立柱过渡配合或者过盈配合地设置在所述的水槽内，过盈配合或过渡配合以保证对水流的阻断作用，同时实现了对导流立柱在水槽内的定位，所述的水槽两侧形成有弧形凹窝以定位所述的导流立柱。即，在进行水槽的加工后，还需要在水槽内进一步钻出导流立柱装配孔，该装配孔与导流立柱形成过盈配合或过渡配合，减小水道间的过流量。而对于导流立柱长度小于水槽深度的情况，通过不同深度的立柱装配孔即可实现过流孔间隙的控制。
当然，作为本实施例的进一步变形，还可采用水槽的两端或一端由接引部，如接引管直接连通至对应的导水管，则对应调整连通部的数量即可，在此不复赘述。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (13)
1.一种水冷坩埚，其特征在于，包括顶部中心形成有物料池的坩埚，以及与所述的坩埚底部固定连接的底座；
物料池周侧水冷机构包括于坩埚于物料池底部向内凹陷地形成的水槽，所述的水槽由所述的底座将下开口封闭，其中，在所述的水槽内固定设置有导流立柱，所述的导流立柱上端或下端形成有过流孔以使所述的水槽与过流孔配合构成上下迂回式水道；
物料池底部水冷机构包括形成在所述的坩埚于物料池周侧的底部且下端口被所述的底座密封的4个水孔，形成在所述的底座上的4个通孔；与所述的通孔一一对应地固定设置且可匹配插入所述的水孔中并与水孔保持间隔的导水管，水孔两两为一组且由连接槽连通，所述的水槽与两组水孔的导水管分别由接引部导通，剩余的另外两个导水柱分别与进水管和出水管连通；
所述的水孔、连接槽、导水管、水槽、接引部构成整体单向通道。
2.如权利要求1所述的水冷坩埚，其特征在于，所述的水槽为一段C型水槽。
3.如权利要求1所述的水冷坩埚，其特征在于，所述的接引部设置在底座底部的接引管。
4.如权利要求3所述的水冷坩埚，其特征在于，所述的接引管与所述的导水管一体形成。
5.如权利要求1所述的水冷坩埚，其特征在于，所述的水孔沿坩埚的轴向平行设置，水槽等宽等深设置且深度方向均与坩埚的轴向平行，所述的水孔和水槽的壁厚在5-10mm。
6.如权利要求1所述的水冷坩埚，其特征在于，所述的导水管内的水流截面积、导水管和水孔间的水流截面积相同、所述的接引部的水流截面积均与过流孔的水流截面积对应。
7.如权利要求1所述的水冷坩埚，其特征在于，还包括测温机构，在坩埚的物料池底部和/或物料池周侧设置有轴向延伸的测量孔，在底座上对应设置穿孔，所述的测温机构匹配地穿过穿孔插入所述的测量孔。
8.如权利要求1所述的水冷坩埚，其特征在于，还包括与所述的底座密封固定连接基座，在所述的底座底面形成有接引槽，所述的基座将所述的接引槽槽下端口封闭以构成所述的接引部。
9.如权利要求1所述的水冷坩埚，其特征在于，所述的连接槽形成在坩埚的下表面并由底座将连接槽的槽口封闭以构成水流通道。
10.如权利要求1所述的水冷坩埚，其特征在于，所述的连接槽形成在底座的上表面并由坩埚将连接槽的槽口封闭以构成水流通道。
11.如权利要求1所述的水冷坩埚，其特征在于，所述的过流孔由导流立柱端部的通孔形成。
12.如权利要求1所述的水冷坩埚，其特征在于，所述的过流孔由所述的导流立柱端面与水槽顶面或底座上表面间的间隙构成。
13.如权利要求1所述的水冷坩埚，其特征在于，所述的水槽两侧形成有弧形凹窝以定位所述的导流立柱，所述的导流立柱过渡配合或者过盈配合地设置在所述的水槽内。
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