CN114318497A - 一种用于制备合金晶棒的区熔炉 - Google Patents
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Abstract
一种用于制备合金晶棒的区熔炉，涉及人工晶体制备领域，本发明通过在石英管（1）的上端设置顶部固定套（2），顶部固定套在固定石英管的同时还可以通过顶部固定套的位置微调保证石英管与加热器（12）同轴，然后在石英管的下端设置石英管调节杆（10）和底部支撑杆（9），通过旋拧底部支撑杆使石英管调节杆与石英管脱开，避免了因石英管与加热器不同轴导致石英管破裂的风险，进而有效的提高了生产合金晶棒的效率，降低了生产成本等，本发明具有结构简便，使用效果好等优点，适合大范围的推广和应用。
Description
技术领域
本发明涉及人工晶体制备领域，尤其涉及一种用于制备合金晶棒的区熔炉。
背景技术
已知的，热电材料是一种能将热能和电能相互转换的功能材料，其具有无污染、无损耗、可靠性高等特点，可以大幅度提高能源利用率，缓解环境污染等问题，热电材料塞贝克效应和帕尔帖效应发现距今已有100余年的历史，无数的科学家已对其进行了深入而富有成效的研究和探索，取得了辉煌的成果。随着研究的不断深入，热电材料的性能将会进一步提高，必将成为我国新材料研究领域的一个新的热点。
以碲化铋为例，碲化铋是被广为使用于热电致冷器的材料，其最佳运作温度<450℃。由于碲化铋基材料的本征层状结构特征，非常容易沿C轴晶面发生解理，导致材料的加工强度非常弱，加工的成材率非常低，加工难度大。
目前市场上的碲化铋基热电材料的热电转换效率较低，由于碲化铋热电材料内不同晶面方向的电输运性能和热输运性能差别很大，所以采用SPS技术和热压烧结技术生产的各向同性的多晶碲化铋热电材料的电子迁移率非常低，导致其电输运性能的不匹配。
为了克服上述技术问题，提高碲化铋基热电材料的热电转换效率，制备具有择优取向、在（001）晶面方向具有高取向的本领域技术人员碲化铋基热电材料粉体是最好的途径，所以，目前亟待研发出一种碲化铋基热电材料的生产方法用来满足目前的所需，但在碲化铋基热电材料的生产方法中往往需要通过区熔炉进行制备，现有的区熔炉在制备合金晶棒时，很难保证石英管与加热器上的孔同轴，一旦出现石英管与加热器上的孔不同轴，极易导致石英管破裂，进而影响正常制备工作的进行，大大降低了工作效率等，那么如何提供一种用于制备合金晶棒的区熔炉就成了本领域技术人员的长期技术诉求。
发明内容
为了克服背景技术中的不足，本发明提供了一种用于制备合金晶棒的区熔炉，本发明通过在石英管的上端设置顶部固定套，顶部固定套在紧固石英管的同时还可以通过顶部固定套的位置微调保证石英管与加热器同轴，然后在石英管的下端设置石英管调节杆和底部支撑杆，通过旋拧底部支撑杆使石英管调节杆与石英管脱开，有效的提高生产合金晶棒的效率等。
为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种用于制备合金晶棒的区熔炉，包括石英管、顶部固定套、机架、底部支撑杆、石英管调节杆、加热器和升降机构，在所述机架内设有升降机构，在所述升降机构中升降板上设有复数个加热器，在每个加热器内分别设有石英管，每个石英管的上端头穿过并延伸出机架的上顶板，在机架上顶板的上面设有复数个顶部固定套，每个石英管的上端头分别插接在对应的顶部固定套内，在每个石英管的下端分别设有石英管调节杆，在每个石英管调节杆的下端分别设有底部支撑杆，每个底部支撑杆的下端头设置在机架上形成所述的用于制备合金晶棒的区熔炉。
所述的用于制备合金晶棒的区熔炉，所述复数个加热器呈长方形排列，每个加热器分别连接电源。
所述的用于制备合金晶棒的区熔炉，所述底部支撑杆包括限位柱、限位台、支撑杆主体、旋拧凹槽和定位环，在所述支撑杆主体的中下部设有定位环，在所述定位环上方的支撑杆主体上设有旋拧凹槽，在支撑杆主体的上端头设有限位台，在所述限位台的上端设有限位柱。
所述的用于制备合金晶棒的区熔炉，所述石英管调节杆包括调节杆主体和限位槽，在所述调节杆主体的中部设有限位柱穿孔，在调节杆主体的下端头设有与限位槽。
所述的用于制备合金晶棒的区熔炉，所述升降机构包括升降板、升降机和动力源，在所述升降板的中部设有升降螺母，所述升降螺母套接在升降机的升降丝杠上，所述升降机连接动力源。
所述的用于制备合金晶棒的区熔炉，所述升降板上设有导向机构。
所述的用于制备合金晶棒的区熔炉，所述导向机构包括导向柱、导向套和固定座，所述导向柱至少设置两个，每个导向柱的上下两端分别通过固定座连接机架内腔的上下两面，在每个导向柱上分别套接有导向套，所述导向套设置在升降板上。
所述的用于制备合金晶棒的区熔炉，所述升降板上方机架的腔体上设有上限位器，升降板下方机架的腔体上设有下限位器。
所述的用于制备合金晶棒的区熔炉，所述机架的中下部设有固定板使机架分隔为上下两个操作腔，在上下两个操作腔的开口端分别设有上柜门和下柜门。
所述的用于制备合金晶棒的区熔炉，所述石英管与加热器之间设有石英护管。
由于采用如上所述的技术方案，本发明具有如下有益效果：
本发明通过在石英管的上端设置顶部固定套，顶部固定套在固定石英管的同时还可以通过顶部固定套的位置微调保证石英管与加热器同轴，然后在石英管的下端设置石英管调节杆和底部支撑杆，通过旋拧底部支撑杆使石英管调节杆与石英管脱开，避免了因石英管与加热器不同轴导致石英管破裂的风险，进而有效的提高了生产合金晶棒的效率，降低了生产成本等，本发明具有结构简便，使用效果好等优点，适合大范围的推广和应用。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是图1的俯视结构示意图；
图3是图1的右视结构示意图；
图4是图1的左视结构示意图；
图5是本发明的局部立体结构示意图；
图6是图5的主视结构示意图；
图7是图5的左视结构示意图；
图8是本发明中石英护管的结构示意图；
图9是本发明中底部支撑杆的结构示意图；
图10是本发明中石英管调节杆的结构示意图；
在图中：1、石英管；2、顶部固定套；3、吊耳；4、机架；5、上柜门；6、导向柱；7、下柜门；8、调整垫块；9、底部支撑杆；901、限位柱；902、限位台；903、支撑杆主体；904、旋拧凹槽；905、定位环；10、石英管调节杆；1001、调节杆主体；1002、限位槽；11、导向套；12、加热器；13、散热孔；14、散热风扇；15、石英护管；1501、环形凸台；1502、护管主体；16、升降板；17、下限位器；18、固定座；19、固定板；20、慢速升降电机；21、升降机；22、上限位器；23、电机座；24、快速升降电机；25、连接座。
具体实施方式
通过下面的实施例可以更详细的解释本发明，公开本发明的发明目的旨在保护本发明范围内的一切变化和改进，本发明并不局限于下面的实施例；
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“侧向”、“长度”、“宽度”、“高度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“侧”等指示的方位或位置关系为基于附图1所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
结合附图1～10所述的一种用于制备合金晶棒的区熔炉，包括石英管1、顶部固定套2、机架4、底部支撑杆9、石英管调节杆10、加热器12和升降机构，在所述机架4的中下部设有固定板19使机架4分隔为上下两个操作腔，在上下两个操作腔的开口端分别设有上柜门5和下柜门7；实施时，机架4的下操作腔可以放置电气控制器件，由于本发明保护的重点不是电气控制系统，因此，本发明不对其具体结构做详细累述，在机架4的上操作腔放置升降机构，然后在机架4左右两侧的护板上分别设有散热风扇14和散热孔13，散热风扇14通过线缆连接控制系统，这样设置可以使上操作腔内的空气形成对流，进而实现降低上操作腔温度的目的，在机架4下面的四角分别设有用于调整设备水平的调整垫块8，在机架4上顶板的上面设置至少一个用于起吊设备的吊耳3；
进一步，在所述机架4内设有升降机构，实施时，所述升降机构包括升降板16、升降机21和动力源，在所述升降板16的中部设有升降螺母，所述升降螺母套接在升降机21的升降丝杠上，升降丝杠的上端头连接机架4的上顶板，所述升降机21通过连接座25设置在固定板19的下面，所述升降机21连接动力源，所述动力源为电机，所述电机连接控制系统，具体实施时，如图5、6所示，为了使升降机21实现快慢速运行，升降机21的动力输入端分别连接慢速升降电机20和快速升降电机24，所述慢速升降电机20的主轴与升降机21的动力输入端之间设有电磁离合器，所述电磁离合器外接控制系统，实施时，慢速升降电机20设置在电机座23上；
进一步，所述升降板16上设有导向机构；实施时，所述导向机构包括导向柱6、导向套11和固定座18，所述导向柱6至少设置两个，每个导向柱的上下两端分别通过固定座18连接机架4内腔的上下两面，在每个导向柱6上分别套接有导向套11，所述导向套11设置在升降板16上。具体实施时，如图5、6、7所示，导向柱6设置为四个，四个导向柱6分别设置在升降板16的四角，导向柱6的上下两端头分别固定在机架4上顶板和固定板19之间，四个导向套11分别设置在升降板16的四角，四个导向套11分别套接在与其对应的导向柱6上；
进一步，在所述升降板16上方机架4的腔体上设有上限位器22，升降板16下方机架4的腔体上设有下限位器17，这样可以限制升降板16升降的上下行程，防止升降板16过度移动等；实施时，上限位器22和下限位器17分别连接控制系统；
进一步，在所述升降机构中升降板16上设有复数个加热器12，实施时，如图5所示，所述复数个加热器12呈长方形排列，每个加热器12分别连接电源，在每个加热器12的中部分别设有石英管1，所述石英管1与加热器12之间设有石英护管15，石英护管15可以保护加热器12不被石英管1内的料液损坏，也就是说，当石英管1发生破裂时，石英护管15可以有效的防止料液进入加热器12，实施时，所述石英护管15包括环形凸台1501和护管主体1502，如图5、8所示，护管主体1502为圆管形结构，在护管主体1502的上端设有向外延伸的环形凸台1501，每个石英管1的上端头穿过并延伸出机架4的上顶板，在机架4上顶板的上面设有复数个顶部固定套2，如图5所示，顶部固定套2为两半结构，顶部固定套2可以在保证石英管1与加热器12同轴的同时，还可以固定石英管1，即顶部固定套2的位置可以在机架4上顶板上面进行微调，进而保证石英管1与加热器12同轴；每个石英管1的上端头分别插接在对应的顶部固定套2内，在每个石英管1的下端分别设有石英管调节杆10，在每个石英管调节杆10的下端分别设有底部支撑杆9，每个底部支撑杆9的下端头设置在机架4上形成所述的用于制备合金晶棒的区熔炉。
在具体实施时，如图9所示，所述底部支撑杆9包括限位柱901、限位台902、支撑杆主体903、旋拧凹槽904和定位环905，在所述支撑杆主体903的中下部设有定位环905，在所述定位环905上方的支撑杆主体903上设有旋拧凹槽904，在支撑杆主体903的上端头设有限位台902，在所述限位台902的上端设有限位柱901。
如图10所示，所述石英管调节杆10包括调节杆主体1001和限位槽1002，在所述调节杆主体1001的中部设有限位柱穿孔，在调节杆主体1001的下端头设有与限位槽1002。
本发明在具体实施时，以制备碲化铋基合金晶棒为例，制备方法具体包括如下步骤：
第一步、备料：
备好碲化铋棒料；
第二步、放置碲化铋棒料：
对每个石英管1装料后通过顶部固定套2对石英管1进行装夹定位，即顶部固定套2的位置可以进行微调，以保证石英管1与加热器12同轴，操作时，注意紧固力度，避免夹碎石英管1，保证石英管1与加热器12同轴，固定好石英管1后旋拧底部支撑杆9，使石英管调节杆10上的限位槽1002对应底部支撑杆9上的限位台902，当限位槽1002与限位台902对应后，石英管调节杆10下降，此时石英管调节杆10与石英管1脱开；
第三步、制备碲化铋基合金晶棒：
1、将升降板16上的加热器12快速运动至石英管1的下段；
2、按具体生产工艺设置对应工位的升温曲线，保温曲线及降温曲线，启动开始升温；
3、升温完成后自动转入恒温程序，设置运行速度，运行长度定位置，慢速运行，升降板16开始按设置参数自动上升，观察石英管1内料的状态实时调整温度参数及运动参数值；
4、程序运行至设定长度定位置时，自动停止，匹配进入降温区间；
5、降温完成后，将升降板16快速运行至下位，使限位槽1002与限位台902脱开，即石英管调节杆10抵接石英管1，打开石英管1上端的顶部固定套2，取出制备好的石英管1，注意高温烫伤，易碎物品轻拿轻放。
以上内容中未细述部份为现有技术，故未做细述。
为了公开本发明的目的而在本文中选用的实施例，当前认为是适宜的，但是，应了解的是，本发明旨在包括一切属于本构思和发明范围内的实施例的所有变化和改进。
Claims (10)
1.一种用于制备合金晶棒的区熔炉，包括石英管（1）、顶部固定套（2）、机架（4）、底部支撑杆（9）、石英管调节杆（10）、加热器（12）和升降机构，其特征是：在所述机架（4）内设有升降机构，在所述升降机构中升降板（16）上设有复数个加热器（12），在每个加热器（12）内分别设有石英管（1），每个石英管（1）的上端头穿过并延伸出机架（4）的上顶板，在机架（4）上顶板的上面设有复数个顶部固定套（2），每个石英管（1）的上端头分别插接在对应的顶部固定套（2）内，在每个石英管（1）的下端分别设有石英管调节杆（10），在每个石英管调节杆（10）的下端分别设有底部支撑杆（9），每个底部支撑杆（9）的下端头设置在机架（4）上形成所述的用于制备合金晶棒的区熔炉。
2.根据权利要求1所述的用于制备合金晶棒的区熔炉，其特征是：所述复数个加热器（12）呈长方形排列，每个加热器（12）分别连接电源。
3.根据权利要求1所述的用于制备合金晶棒的区熔炉，其特征是：所述底部支撑杆（9）包括限位柱（901）、限位台（902）、支撑杆主体（903）、旋拧凹槽（904）和定位环（905），在所述支撑杆主体（903）的中下部设有定位环（905），在所述定位环（905）上方的支撑杆主体（903）上设有旋拧凹槽（904），在支撑杆主体（903）的上端头设有限位台（902），在所述限位台（902）的上端设有限位柱（901）。
4.根据权利要求1所述的用于制备合金晶棒的区熔炉，其特征是：所述石英管调节杆（10）包括调节杆主体（1001）和限位槽（1002），在所述调节杆主体（1001）的中部设有限位柱穿孔，在调节杆主体（1001）的下端头设有与限位槽（1002）。
5.根据权利要求1所述的用于制备合金晶棒的区熔炉，其特征是：所述升降机构包括升降板（16）、升降机（21）和动力源，在所述升降板（16）的中部设有升降螺母，所述升降螺母套接在升降机（21）的升降丝杠上，所述升降机（21）连接动力源。
6.根据权利要求1所述的用于制备合金晶棒的区熔炉，其特征是：所述升降板（16）上设有导向机构。
7.根据权利要求6所述的用于制备合金晶棒的区熔炉，其特征是：所述导向机构包括导向柱（6）、导向套（11）和固定座（18），所述导向柱（6）至少设置两个，每个导向柱的上下两端分别通过固定座（18）连接机架（4）内腔的上下两面，在每个导向柱（6）上分别套接有导向套（11），所述导向套（11）设置在升降板（16）上。
8.根据权利要求1所述的用于制备合金晶棒的区熔炉，其特征是：所述升降板（16）上方机架（4）的腔体上设有上限位器（22），升降板（16）下方机架（4）的腔体上设有下限位器（17）。
9.根据权利要求1所述的用于制备合金晶棒的区熔炉，其特征是：所述机架（4）的中下部设有固定板（19）使机架（4）分隔为上下两个操作腔，在上下两个操作腔的开口端分别设有上柜门（5）和下柜门（7）。
10.根据权利要求1所述的用于制备合金晶棒的区熔炉，其特征是：所述石英管（1）与加热器（12）之间设有石英护管（15）。
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