CN112080801B - 下炉膛组件、生长炉及其安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种下炉膛组件、生长炉及其安装方法。该下炉膛组件，用于在一端固定内外嵌套安装的内石英管与外石英管，所述下炉膛组件包括主体及底托，所述主体包括用于固定所述外石英管一端的第一定位部；所述底托包括用于轴向定位所述内石英管一端的第二定位部，且所述底托与所述主体可拆卸连接，以使承载所述内石英管的所述底托能够与所述主体沿所述内石英管的轴向分离。本申请实施例有效降低了由操作人员双手托持内石英管和外石英管进行安装存在的与主体发生磕碰，以及内石英管和外石英管相互之间发生磕碰的破碎风险；另一方面在外石英管拆装过程中避免将其搬运过高位置，大幅提高了外石英管拆装的便捷性，有效降低了对预留拆装空间的需求。

Description

下炉膛组件、生长炉及其安装方法

技术领域

本发明涉及生长炉技术领域，具体地，涉及一种下炉膛组件、生长炉及其安装方法。

背景技术

目前，碳化硅(SiC)由于自身具有高导热率、高击穿电压、载流子迁移率极高等优良的物理化学性质，碳化硅(SiC)可以制作成在高温、强辐射条件下工作的高频、高功率电子器件和光电子器件。在国防、高科技、工业生产、供电、变电领域具有广阔的应用前景和市场空间，也因此碳化硅(SiC)被看作是极具发展前景的第三代半导体材料。

碳化硅(SiC)单晶材料的合成需要特殊的工艺装备，该工艺装备主要由生长炉、加热组件、气体输运组件及控制组件、水冷组件等结构组成，其中生长炉和加热组件是核心结构部件，为碳化硅(SiC) 单晶材料的生长提供所需要高温、高真空和高洁净度的环境。为保证散热的均匀性，目前主流的生长炉组件主要由双层水冷石英管、上下炉膛及其升降机构组成。由于石英管的尺寸及重量较大，并且在装配石英管过程中不能发生磕碰，所以需要生长炉的装配空间较大，尤其是双层石英管结构，所需装配高度为两个石英管高度之和，导致对厂房高度要求增加，装配难度增加。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种下炉膛组件、生长炉及其安装方法。

第一个方面，为实现本发明的目的而提供一种下炉膛组件，用于在一端固定内外嵌套安装的内石英管与外石英管；所述下炉膛组件包括主体及底托，所述主体包括用于固定所述外石英管一端的第一定位部；所述底托包括用于轴向定位所述内石英管一端的第二定位部，且所述底托与所述主体可折卸连接，以使承载所述内石英管的所述底托能够与所述主体沿所述内石英管的轴向分离，且所述底托包括固定所述内石英管一端的第二定位部。

于本申请的一实施例中，所述主体还包括容纳部，所述容纳部与所述第一定位部相对设置于所述主体的两面上，所述容纳部用于容纳所述底托。

于本申请的一实施例中，所述主体的内壁上沿径向凸设有密封环，所述密封环在轴向上位于所述第一定位部及容纳部之间。

于本申请的一实施例中，所述底托朝向所述内石英管的一面设有用于承载所述内石英管一端的支撑平面，所述支撑平面形成所述第二定位部。

于本申请的一实施例中，所述底托上凸设有定位台，所述定位台环绕所述支撑平面设置，并且所述定位台用于所述内石英管一端的径向定位，所述定位台的顶面用于与所述密封环顶抵密封。

于本申请的一实施例中，所述密封环及所述定位台之间还设置密封构件所述密封构件包括密封隔环及柔性密封圈，所述密封隔环及所述柔性密封圈层叠的套设于所述内石英管外侧。

于本申请的一实施例中，所述底托通过多个紧固件与所述主体可拆卸连接，多个所述紧固件穿过所述底托的边缘部与所述主体连接。

于本申请的一实施例中，多个所述紧固件为真空螺钉。

基于相同的构思，第二个方面本申请提供一种生长炉，包括：支架、上炉膛、外石英管、内石英管、下炉盖、升降机构以及如第一个方面提供的下炉膛组件，所述下炉膛组件的主体设置于所述支架的支撑梁上；

所述外石英管的两端分别设置于所述上炉膛和所述主体内，所述内石英管的两端分别设置于所述上炉膛和底托内；

所述下炉盖设置于所述升降机构上，所述升降机构用于带动所述下炉盖沿所述外石英管轴向作上下往复运动。

于本申请的一实施例中，还包括辅助支撑架，所述辅助支撑架设置于所述下炉盖上，用于承载所述底托及所述内石英管，并且在所述升降机构的带动下将所述底托顶抵至所述主体的底面。

基于相同的构思，第三个方面，本申请提供一种生长炉的安装方法，所述生长炉的石英管安装包括步骤：

将第一石英管安装于生长炉内一个可轴向移动的第一定位件；

将第一定位件与第一石英管由原安装位置轴向移出；

将第二石英管安装于生长炉内一个固定的第二定位件；

将第一定位件与第一石英管由轴向移回原安装位置；

将第一定位件与第二定位件固定连接。

本申请实施例具有以下有益效果：

本发明实施例提供的下炉膛组件，由于底托可以连同内石英管与主体轴向分离，使得本申请实施例在实际应用时候，由现有的操作人员双手托持内石英管进行安装，改为利用底托带动内石英管升降方式进行安装内石英管；在拆卸时可以先行将内石英管用底托降下之后，再对外石英管进行拆卸。采用上述设计，使得本申请实施例有效降低了由操作人员双手托持内石英管和外石英管进行安装存在的与主体发生磕碰，以及内石英管和外石英管相互之间发生磕碰的破碎风险；另一方面在外石英管拆装过程中避免将其搬运过高位置，大幅提高了外石英管拆装的便捷性，有效降低了对预留拆装空间的需求。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种生长炉的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种下炉膛组件的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的一种底托的局部放大示意图；

图4为本申请实施例提供的一种生长炉安装外石英管的结构示意图；

图5A为本申请实施例提供的一种生长炉的安装内石英管的结构示意图；

图5B为图5A中示出的生长炉的A部放大图；

图6为本申请实施例提供的一种生长炉的安装方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图来对本发明提供的下炉膛组件、生长炉及其安装方法进行详细描述。

第一个方面，本申请实施例提供了一种下炉膛组件，如图1及图2所示，用于在一端固定内外嵌套安装的内石英管30与外石英管 40；下炉膛组件70包括主体1及底托2，主体1包括用于固定外石英管40一端的第一定位部11；底托2包括用于轴向定位内石英管30 一端的第二定位部21，且底托2与主体1可折卸连接，以使承载内石英管30的底托2能够与主体1沿所述内石英管30的轴向分离。此处及下文所说的轴向，是指与装配后的内石英管30或外石英管40 的中心轴线一致的方向。

如图1及图2所示，主体1可以采用金属材质制成的环形结构。其顶面上可以内凹有第一定位部11，第一定位部11为了配合外石英管40的形状，其同样可以采用环形结构，主体1可以设置于内石英管30及外石英管40的下端。底托2可以采用与主体1相同材质制成的环形结构，其顶面上同样可以内凹有第二定位部21，用于承载内石英管30的下端，第二定位部21同样可以采用环形结构。底托2 可以采用可拆卸的方式与主体1连接，并且底托2与内石英管30可以与主体1在轴向上分离。

本发明实施例提供的下炉膛组件，由于底托可以连同内石英管与主体轴向分离，使得本申请实施例在实际应用时候，由现有的操作人员双手托持内石英管进行安装，改为利用底托带动内石英管升降方式进行安装内石英管；在拆卸时可以先行将内石英管用底托降下之后，再对外石英管进行拆卸。采用上述设计，使得本申请实施例有效降低了由操作人员双手托持内石英管和外石英管进行安装存在的与主体发生磕碰，以及内石英管和外石英管相互之间发生磕碰的破碎风险；另一方面在外石英管拆装过程中避免将其搬运过高位置，从而大幅提高了外石英管拆装的便捷性，有效降低了对预留拆装空间的需求。

需要说明的是，本申请实施例并不限定主体及底托的具体形状、材质及结构，只要两者可以容纳内外石英管即可并且相互之间可拆卸连接即可，因此本申请实施例对此并不进行限定，本领域技术人员可以根据实际情况自行调整设置。另一方面，本申请实施例提供的下炉膛组件，在一些实施例中其还可以应用于上炉膛组件，在实际应用时只需将下炉膛组件旋转180度之后即可以作为上炉膛组件，即将该下炉膛组件设置于内外石英管的上端，因此本申请实施例同样并不以此为限，本领域技术人员可以根据情况自行调整设置。

于本申请的一实施例中，主体1还包括容纳部12，容纳部12 与第一定位部11相对设置于主体1的两面上，容纳部12用于容纳底托2。

如图2及图4所示，主体1的下部还可以包括有容纳部12。第一定位部11及容纳部12可以相对的设置于主体1上下两面，具体来说，主体1的上下两面可以设置两个台阶面，位于上方的台阶面可以是第一定位部11，而位于下方的台阶面则可以是容纳部12。由于主体1可以设置为圆柱体结构，因此第一定位部11及容纳部12还可以采用环形凹槽结构，但是本申请实施例并不以此为限，容纳部12的形状与底托2的形状对应设置即可。容纳部12可以用于容纳底托2，以便于主体2与其它部件连接，例如与生长炉的支架10固定连接。因此容纳部不仅可以使得本申请实施例的下炉膛组件结构较为简单，进而使得本申请实施例的拆装较为便捷，而且可以有效节省空间以及提高空间的利用率。

于本申请的一实施例中，主体1的内壁上沿径向凸设有密封环 13，密封环13在轴向上位于第一定位部11及容纳部12之间。

如图4所示，主体1为在中空圆柱体结构，密封环13可以沿主体1的轴向位于第一定位部11及容纳部12之间，密封环12可以是由主体1的内壁沿径向凸设而成。密封环12的主要作用在于，可以与底托2配合以用于将主体1与底托2之间进行密封，进而可以有效提升内石英管30及外石英管40之间的密封效果。进一步的，密封环 12还可以对内石英管30起到辅助径向定位的作用。

需要说明的是，本申请实施例并不限定密封环的具体实施方式，例如在一其它实施例中，密封环与主体之间可以采用分体式结构，并且与主体采用焊接或者螺栓连接的方式固定连接。因此本申请实施例并不以此为限，本领域技术人员可以根据情况自行调整设置。

于本申请的一实施例中，底托2朝向内石英管30的一面设有用于承载内石英管30一端的支撑平面，支撑平面形成第二定位部21。如图3及图4所示，底托2具体来说可以是一圆环状结构，支撑平面可以是底托2的上表面，并且该支撑平面可以环绕底托2中部圆环设置，其可以用于承载内石英管30的端部，也就是说支撑平面可以形成第二定位部21。在实际应用时，底托2与主体1配合安装后，第二定位部21即支撑平面可以将内石英管30在轴向上定位，但是对于第二定位部的具体实施方式，本申请实施例的并不以此为限。

于本申请的一实施例中，底托2上凸设有定位台22，定位台22 环绕所述支撑平面设置，并且定位台22用于内石英管30一端的径向定位，定位台22的顶面用于与密封环13顶抵密封。

如图3及图4所示，定位台22可以是由底托2的上表面凸设形成，并且定位台可以环绕支撑平面设置，即环绕第二定位部21设置。定位台22可以与第二定位部21配合以用于容纳定位内石英管30的一端，定位台22可以对内石英管30的一端进一步起到径向定位的作用，而且定位台22的顶还可以与密封环12配合以提高本申请实施例的密封效果。采用上述设计，可以使得本申请实施例的结构较为简单，从而可以有效提高拆装效率，而且还可以提高密封效果。

需要说明的是，本申请实施例对于定位台的具体实施方式并不进行限定，例如在一其它实施例中，定位台与底托之间同样可以采用分体式结构，并且与底托采用焊接或者螺栓连接的方式固定连接。因此本申请实施例并不以此为限，本领域技术人员可以根据情况自行调整设置。

于本申请的一实施例中，如图5A及图5B所示，密封环13及定位台22之间还设置密封构件3。具体来说，密封构件3可以设置于内石英管30的外侧，并且位于密封环13及定位台22之间，从而可以进一步提高密封效果。但是需要说明是，并非本申请的所有实施例中都必须包含密封构件，在一些其它实施例中也可以省略密封构件，因此本申请实施例并不以此为限，本领域技术人员可以根据情况自行调整设置。

于本申请的一实施例中，密封构件3包括密封隔环31及柔性密封圈32，密封隔环31及柔性密封圈32层叠的套设于内石英管30外侧。

如图5B所示，密封隔环31可以采用硬质材料制成的环状结构，而柔性密封圈32则采用柔性材料制成。在实际应用时，密封隔环31 可以设置为三个，柔性密封圈32则可以设置为两个，并且每个柔性密封圈32可以设置于两相邻的密封隔环31之间。在安装底托2时，定位台22顶抵密封隔环31，柔性密封圈32在密封隔环31的压力下可以产生径向的形变，并且与主体1及内石英管30外壁紧密接触，以起到密封和定位内石英管30的作用。采用上述设置，不仅结构简单易用便于拆装，而且可以进一步提高本申请实施例的密封效果。

需要说明的是，本申请实施例并不限定密封隔环及柔性密封圈的材质及数量，例如在一其它实施例中，密封隔环可以为两个，而柔性密封圈可以为一个且设置于两个密封隔环之间，只要两者可以起到密封及定位的作用即可。因此本申请实施例并不以此为限，本领域技术人员可以根据情况自行调整设置。

于本申请的一实施例中，如图3至图5B所示，底托2通过多个紧固件4与主体1可拆卸连接，多个紧固件4穿过底托2的边缘部与主体1连接。底托2的外周内侧可以设置多个安装孔23，多个紧固件4可以穿过多个安装孔23后与主体1可拆卸连接。采用上述设计，可以使得本申请实施的拆装更加简单快捷，从而可以有效提高拆装效率并且有效降低维护成本。

于本申请的一实施例中，如图5B所示，多个紧固件4为真空螺钉。采用上述设计，可以进一步提高本申请实施例的拆装效率，并且采用真空螺钉还可以进一步优化内石英管及外石英管的真空环境，从而提高本申请实施例的应用效率。需要说明的是，本申请实施例并不限定紧固件的具体实施方式，例如在一些其它实施例中，紧固件还可以采用卡接的方式来实现，因此本申请实施例并不以此为限，本领域技术人员可以根据情况自行调整设置。

基于相同的构思，第二个方面，本申请实施例还提供一种生长炉。如图1所示，包括：支架10、上炉膛20、内石英管30、外石英管40、下炉盖50、升降机构60以及如第一个方面提供的下炉膛组件 70，下炉膛组件70的主体1设置于支架10的支撑梁101上；外石英管40的两端分别设置于上炉膛20和主体1内，内石英管30的两端分别设置于上炉膛20和底托2内；下炉盖50设置于升降机构60上，升降机构60用于带动下炉盖50沿外石英管4轴向作上下往复运动。

如图1所示，支架10可以采用金属材料制成，例如其可以制作为钢结构，以用于承载生长炉的其它部件。支架10中部可以设置有横梁101，下炉膛组件70的主体1可以采用螺栓连接的方式固定设置于横梁101上。上炉膛20可以设置于支架10的顶部，并且内石英管30及外石英管40均可以采用法兰固定设置于上炉膛20及下炉膛组件70之间。具体来说，外石英管40的两端分别设置于上炉膛20 和主体1内，内石英管30的两端分别设置于上炉膛20和底托2内。下炉盖50设置于升降机构60上，升降机构60用于带动下炉盖50 沿外石英管4轴向作上下往复运动，下炉盖50在升降机构60的作用下可以与下炉膛组件70顶抵密封。

采用上述设计，由于底托可以与主体分离，使得本申请实施例的生长炉，可以先安装好外石英管后，再通过升降机构及下炉盖带动底托及内石英管上升后，再将底托与主体固定连接。其不仅使得本申请实施例的生长炉有效降低了拆装的效率。而于可以避免由操作人员双手托持内石英管和外石英管进行安装存在的与主体发生磕碰，以及内石英管和外石英管相互之间发生磕碰的破碎风险；另一方面在外石英管拆装过程中避免将其搬运过高位置，大幅提高了外石英管拆装的便捷性，有效降低了对预留拆装空间的需求。

于本申请的一实施例中，生长炉还包括辅助支撑架80，辅助支撑架80设置于下炉盖50上，用于承载底托2及内石英管30，并且在升降机构60的带动下将底托6顶抵至主体1的底面。

如图5A所示，辅助支撑架80可以采用金属材质制成环形结构。具体来说，辅助支撑架80的外径可以小于底托2的外径。结合图3 所示，辅助支撑架80还应当避免与安装孔23发生干涉，以便于操作人员使用紧固件4连接底托2及主体1。当需要安装内石英管30时，可以先将辅助支撑架30设置下炉盖50上，然后将底托2及内石英管 30设置于辅助支撑架80上，之后在升降机构60的带动下将底托6 顶抵至主体1的底面，并且连接底托2及主体1即可，最后可以将辅助支架80拆除。采用上述设计，使得本申请实施例的生长炉拆装更加便捷，从而可以进一步提高拆装效率。

基于相同的构思，第三个方面，本申请实施例提供一种生长炉的安装方法，如图6所示，生长炉的石英管安装包括步骤：

S601：将第一石英管安装于生长炉内一个可轴向移动的第一定位件。本领域技术人员可以理解的是，利用第一定位件与第一石英管的一端装配连接，以便于可以承托或带动第一石英管进行轴向位移。第一定位件实施形式可以有多种，以能与第一石英管端部装配即可，本申请实施例对此并不进行限定。在第一石英管竖向安装的实施例中，第一定位件可以是一个在底部定位并承托第一石英管的定位件，例如第一定位件可以采用环槽形式，这是一种可以快速定位的实施例，安装时不再需要连接配合，具有安装方便，定位准确的技术效果，因此第一定位件实施形式可以有多种并不以此为限，其只要可以与第一石英管端部装配即可。

S602：将第一定位件与第一石英管由原安装位置轴向移出。本领域技术人员可以理解的是，第一定位件可以带动第一石英管由原安装位置沿轴向移出。第一定位件可以采用多种方式来带动第一石英管移动，例如可以是操作人员直接托持第一定位件。在第一石英管竖向安装的实施例中，第一定位件可以设置于升降机构并且升降机构的驱动下，带动第一石英管沿轴向向下移动，采用上述方式可以避免第一石英管破碎及磕碰，并且由于第一石英管移出了原安装位置，还可以便于第二石英管的安装，无需预留较大的安装空间，并且第一石英管及第二石英管主体之间不会发生磕碰。但是本申请实施例并不限定第一定位件及第一石英管的具体移动方式及方向，其可以有多种方式并不以此为限。

S603：将第二石英管安装于生长炉内一个固定的第二定位件。具体来说，首先将第二定位件固定设置于生长炉内，然后利用第二定位件与第二石英管的一端或者两端装配连接，以便于可以承托固定第二石英管。第二定位件实施形式可以有多种，以能与第二石英管端部装配即可，本申请实施例对此并不进行限定。在第二石英管竖向安装的实施例中，第二定位件可以是在底部和顶部与第二石英管固定连接的定位件，例如第二定位件同样可以采用环槽形式，第二定位件可以采用法兰与第二石英管固定连接，第二定位件具有安装方便，结构稳定等技术效果，因此第二定位件实施形式可以有多种并不以此为限，其只要可以与第二石英管端部固定即可。

S604：将第一定位件与第一石英管由轴向移回原安装位置。当第二石英管安装完成后，第一定位件与第一石英管可以沿轴向移回原安装位置。例如在第一石英管竖向安装的实施例中，第一定位件可以在一升降机构并且升降机构的驱动下，带动第一石英管向上移动，以将第一石英管移动至原安装位置。采用上述方式可以避免第一石英管与第二石英管发生磕碰及破碎。但是本申请实施例并不限定第一定位件及第一石英管的具体移动方式及方向，其可以有多种方式并不以此为限。

S605：将第一定位件与第二定位件可拆卸连接。当第一石英管移回原安装位置之后，可以将第一定位件第二定位件采用可拆卸的方式连接，具体的连接方式可以采用螺栓或者真空螺钉方式连接。采用可拆卸连接具拆装快捷的优点，并且还可以有效提高维护效率。但是本申请实施例并不限定两者之间的具体连接方式，例如也可以采用卡接方式。因此本申请实施例并不以此为限，本领域技术人员可以根据实际情况自行调整设置。

需要说明的是，本申请实施例并不限定上述各步骤之间的顺序，例如步骤S601及S603可以调换顺序，因此本申请实施例并不限定各步骤之间的顺序，本领域技术人员可以根据实际情况自行调整。

采用上述设计，本申请实施例的生长炉安装方法不令可以有效提高生长炉拆装的效率，而且可以避免由于操作人员双手托持第一石英管和第二石英管进行安装存在的与主体发生磕碰，以及第一石英管和第二石英管相互之间发生磕碰的破碎风险；另一方面在第二石英管拆装过程中避免将其搬运过高位置，大幅提高了第二石英管拆装的便捷性，有效降低了对预留拆装空间的需求。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种下炉膛组件，用于在一端固定内外嵌套安装的内石英管与外石英管，其特征在于，

所述下炉膛组件包括主体及底托，所述主体包括用于固定所述外石英管一端的第一定位部；所述底托包括用于轴向定位所述内石英管一端的第二定位部，且所述底托与所述主体可折卸连接，以使承载所述内石英管的所述底托能够与所述主体沿所述内石英管的轴向分离，利用所述底托带动所述内石英管升降方式安装所述内石英管；

所述主体还包括容纳部，所述容纳部与所述第一定位部相对设置于所述主体的两面上，所述容纳部用于容纳所述底托；所述主体的内壁上沿径向凸设有密封环，所述密封环在轴向上位于所述第一定位部及容纳部之间；所述底托朝向所述内石英管的一面设有用于承载所述内石英管一端的支撑平面，所述支撑平面形成所述第二定位部；

所述底托上凸设有定位台，所述定位台环绕所述支撑平面设置，并且所述定位台用于所述内石英管一端的径向定位，所述定位台的顶面用于与所述密封环顶抵密封。

2.如权利要求1所述的下炉膛组件，其特征在于，所述密封环及所述定位台之间还设置密封构件，所述密封构件包括密封隔环及柔性密封圈，所述密封隔环及所述柔性密封圈层叠的套设于所述内石英管外侧。

3.如权利要求1至2的任一所述的下炉膛组件，其特征在于，所述底托通过多个紧固件与所述主体可拆卸连接，多个所述紧固件穿过所述底托的边缘部与所述主体连接。

4.如权利要求3所述的下炉膛组件，其特征在于，多个所述紧固件为真空螺钉。

5.一种生长炉，其特征在于，包括：支架、上炉膛、外石英管、内石英管、下炉盖、升降机构以及如权利要求1至4的任一所述的下炉膛组件，所述下炉膛组件的主体设置于所述支架的支撑梁上；

所述外石英管的两端分别设置于所述上炉膛和所述第一定位部，所述内石英管的两端分别设置于所述上炉膛和所述第二定位部；

所述下炉盖设置于所述升降机构上，所述升降机构用于带动所述下炉盖沿所述外石英管轴向作上下往复运动。

6.如权利要求5所述的生长炉，其特征在于，还包括辅助支撑架，所述辅助支撑架用于设置于所述下炉盖与所述底托之间，以承载所述底托及所述内石英管，并且在所述升降机构的带动下将所述底托顶抵至所述主体的底面。

7.一种生长炉的安装方法，其特征在于，应用于权利要求5或6所述的生长炉，所述生长炉的石英管安装包括如下步骤：

将第一石英管安装于生长炉内一个可轴向移动的第一定位件；

将第一定位件与第一石英管由原安装位置轴向移出；

将第二石英管安装于生长炉内一个固定的第二定位件；

将第一定位件与第一石英管由轴向移回原安装位置；

将第一定位件与第二定位件固定连接。

Images