CN116641130A - 蓝宝石长晶炉及蓝宝石长晶系统 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供了一种蓝宝石长晶炉及蓝宝石长晶系统，涉及泡生法蓝宝石长晶技术领域，旨在解决动力装置的输出轴在加速转动或减速转动过程中，产生的力的变化容易传递给传感器，造成传感器的测量结果不准确的技术问题。蓝宝石长晶炉包括传感器、支撑架以及旋转组件，所述旋转组件包括动力装置和提拉轴，所述动力装置与所述提拉轴的第一端连接，以驱动所述提拉轴转动，所述提拉轴第二端用于附着籽晶；所述旋转组件安装在所述支撑架上，所述支撑架与所述传感器连接，以将所述支撑架的重力以及所述旋转组件上的重力施加在所述传感器上。

Description

蓝宝石长晶炉及蓝宝石长晶系统

技术领域

本申请实施例涉及泡生法蓝宝石长晶技术领域，尤其涉及一种蓝宝石长晶炉及蓝宝石长晶系统。

背景技术

在泡生法蓝宝石长晶技术中，籽晶实时重量是极其重要的工艺数据，长晶过程中需要根据籽晶实时重量来调整和优化工艺参数。因此蓝宝石长晶炉需要设置称重组件来获取籽晶的实时重量。

相关技术中，蓝宝石长晶炉包括动力装置、提拉轴、传感器以及传感器安装座，动力装置与提拉轴传动连接以驱动提拉轴旋转，传感器安装在传感器安装座上，且传感器安装座与提拉轴连接，以使提拉轴的重力施加在传感器上，从而使传感器测得提拉轴上的重力，进而确定籽晶的实时重量。为防止动力装置的重力施加在传感器上，动力装置与提拉轴柔性连接，即沿竖直方向动力装置和提拉轴之间不受力。

然而，动力装置的输出轴在加速转动或减速转动过程中，产生的力的变化容易传递给传感器，造成传感器的测量结果不准确。

发明内容

本申请实施例提供一种蓝宝石长晶炉及蓝宝石长晶系统，用以解决动力装置的输出轴在加速转动或减速转动过程中，产生的力的变化容易传递给传感器，造成传感器的测量结果不准确的技术问题。

第一方面，本申请提供了一种蓝宝石长晶炉，包括传感器、支撑架以及旋转组件，

所述旋转组件包括动力装置和提拉轴，所述动力装置与所述提拉轴的第一端连接，以驱动所述提拉轴转动，所述提拉轴第二端用于附着籽晶；

所述旋转组件安装在所述支撑架上，所述支撑架与所述传感器连接，以将所述支撑架的重力以及所述旋转组件上的重力施加在所述传感器上。

可选地，所述传感器包括压力传感器，所述支撑架包括抵压部，所述抵压部位于所述压力传感器上方且抵压在所述压力传感器上。

可选地，所述抵压部上设有螺纹孔，所述螺纹孔上螺纹连接有调整螺钉，所述调整螺钉抵压在所述压力传感器上。

可选地，所述调整螺钉包括螺钉套、内螺钉以及锁定螺母，

所述螺钉套设有与所述螺纹孔螺纹连接的外螺纹，所述锁定螺母螺纹连接在所述外螺纹上，且与所述支撑架抵靠，以锁定所述螺钉套；

所述螺钉套还设有内孔，所述内螺钉穿过所述内孔后连接在所述传感器上。

可选地，所述传感器的数量为三个以上，两个以上所述传感器均匀分布在以所述提拉轴为轴线的圆上。

可选地，所述提拉轴上设有限位部，所述限位部沿竖直方向抵压在所述支撑架，以将所述提拉轴上的重力传递给所述支撑架。

可选地，所述支撑架上设有第一通孔，所述第一通孔内安装有推力轴承，所述提拉轴穿设于所述推力轴承的轴孔内，且所述限位部抵顶在所述推力轴承上。

可选地，蓝宝石长晶炉还包括架体，所述架体与炉体密封连接，共同围成真空腔，所述动力装置130、所述支撑架、所述传感器以及所述提拉轴均位于所述真空腔内。

可选地，蓝宝石长晶炉还包括冷却套，所述冷却套套设在部分所述提拉轴的外围，所述冷却套设有冷却腔，所述冷却腔用于通入冷却液以冷却所述提拉轴。

第二方面，本申请提供了一种蓝宝石长晶系统，包括所述的蓝宝石长晶炉。

附图说明

图1为本申请提供的一种蓝宝石长晶炉实施例的结构示意图；

图2为本申请提供的一种蓝宝石长晶炉实施例的部分结构示意图；

图3为图2中关于I处的局部放大图；

图4为传感器的布局示意图。

附图标记：

100-称重组件；

110-传感器；

111-传感器安装座；

120-支撑架；

121-推力轴承；

122-调心轴承；

130-动力装置；

140-提拉轴；

141-限位部；

150-旋转组件；

160-架体；

161-水冷套；

162-真空腔；

170-调整螺钉；

171-内螺钉；

172-螺钉套；

173-锁定螺母；

200-炉体；

300-提升组件。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

蓝宝石长晶炉应用于泡生法蓝宝石长晶工艺中，用于蓝宝石单晶的生长。蓝宝石长晶炉通常包括炉体、架体、籽晶杆，炉体与架体密封连接，共同围成真空腔，籽晶杆沿竖直方向设置在真空腔内。工作时，炉体内容置有熔融液，籽晶杆的下端浸入熔融液中，籽晶杆一边旋转一边提升，使熔融液附着在籽晶杆上不断结晶，从而实现籽晶的生长。在泡生法蓝宝石长晶工艺中，籽晶的实时重量是极其重要的工艺数据，长晶过程中需要根据籽晶实时重量来调整和优化工艺参数。因此蓝宝石长晶炉需要设置称重组件来获取籽晶的实时重量。

相关技术中，蓝宝石长晶炉还包括提拉轴、传感器、安装座、动力装置。提拉轴位于真空腔内，且同轴连接在籽晶杆的上端，动力装置与提拉轴传动连接以驱动提拉轴转动；安装座包括铰接的上座和下座，下座固定，上座的一端铰接在下座上，传感器包括成对的第一传感器和第二传感器，第一传感器安装在上座的非铰接端，第二传感器安装在下座与第一传感器对应的位置上；提拉轴与上座连接，且连接处位于第一传感器和铰接端之间。工作时，籽晶杆以及附着在籽晶杆上的籽晶的重力通过籽晶杆施加在上座上，驱动上座沿铰接点朝向下座转动，使第一传感器和第二传感器挤压，从而使第一传感器和第二传感器配合测得籽晶杆及附着在籽晶杆上的籽晶的重量。

为了防止动力装置的重力施加在连接杆上，将动力装置安装在架体上且位于真空腔的外侧，且动力装置与提拉轴的连接为柔性连接，即动力装置可以将扭矩传递给提拉轴，但是动力装置与提拉轴在竖直方向不受力。

然而，在实际应用过程中，动力装置在加速或减速过程中产生的力的变化仍然会施加在提拉轴上，从而导致传感器的读数不准确。

鉴于此，本申请提供了一种蓝宝石长晶炉，将动力装置和提拉轴连接在一起，作为一个整体与传感器连接，使动力装置与提拉轴之间的力变为整体的内力，不会传递到传感器上，从而消除了对传感器的影响。

下面结合附图对本申请提供的蓝宝石长晶炉以及蓝宝石长晶系统实施例进行详细说明。

如图1所示，本申请实施例提供的蓝宝石长晶炉包括炉体200、称重组件100以及提升组件300。炉体200用于容置熔融液，称重组件100用于附着并称重籽晶，提升组件300用于提升籽晶。

炉体200内部设有容纳腔，容纳腔用于容置熔融液，熔融液结晶后形成籽晶。炉体200上设有连接口，用于使容纳腔与外部连通。由于蓝宝石长晶过程需要在真空环境下完成，因此炉体200可以通过连接口与外部密封腔连通形成真空腔162。可选地，炉体200的连接口上设有可开闭的炉盖，当炉盖关闭时炉体200自身处于密闭状态。

称重组件100可以用于测量籽晶的重量。如图2和图3所示，称重组件100包括传感器110、支撑架120以及旋转组件150，旋转组件150通过支撑架120与传感器110连接，使传感器110可以测得旋转组件150和支撑架120的总重量。长晶时，籽晶附着在旋转组件150上，传感器110可以测得旋转组件150、支撑架120以及籽晶的总重量，减掉旋转组件150和支撑架120的总重量后得到籽晶的重量。或者，将旋转组件150没有附着籽晶时传感器110的数值设为零基准，当籽晶附着在旋转组件150上时，传感器110测得的数值即为籽晶的重量。

旋转组件150包括动力装置130和提拉轴140，动力装置130与提拉轴140的第一端连接，以驱动提拉轴140转动，提拉轴140的第二端用于附着籽晶。工作时，提拉轴140的第二端伸入容纳腔内，并部分浸入熔融液中，提拉轴140在动力装置130的驱动下旋转，从而改善熔融液的温度分布。

提拉轴140可以包括多个连接在一起的杆件。示例性地，提拉轴140包括钢制的连接轴以及钼合金制成的籽晶杆，连接轴用于与动力装置130传动连接，籽晶杆用于附着籽晶。当然，提拉轴140也可以为一体式的杆件，例如，钼合金制成的杆件。

动力装置130能实现驱动提拉轴140旋转即可。示例性地，动力装置130可以包括伺服电机和减速器。

旋转组件150安装在支撑架120上，以将旋转组件150的重力传递给支撑架120。

提拉轴140可以通过动力装置130连接在支撑架120上。即，提拉轴140连接在动力装置130上，但不与支撑架120连接，动力装置130连接在支撑架120上。此时，动力装置130需要承受来自提拉轴140的轴向载荷。

提拉轴140还可以直接与支撑架120连接，以直接将重力施加在支撑架120上。可选地，在一些实施例中，提拉轴140上设有限位部141，限位部141沿竖直方向抵压在支撑架120上，以将提拉轴140上的重力传递给支撑架120。这样，提拉轴140通过限位部141与支撑架120的抵压连接，将提拉轴140的重力传递给支撑架120，不需要将重力传递给动力装置130，因此动力装置130不用再承受来自提拉轴140的轴向载荷。

进一步地，支撑架120上设有第一通孔，第一通孔内安装有推力轴承121，提拉轴140穿设于推力轴承121的轴孔内，且限位部141抵顶在推力轴承121上。提拉轴140的限位部141通过抵顶在推力轴承121上将提拉轴140的重力施加在支撑架120上，并且设置推力轴承121可以降低因提拉轴140与支撑架120的抵接带来的阻力。示例性地，第一通孔的下端设有向孔中心延伸的台阶，推力轴承121的下端面抵靠在台阶上，提拉轴140上设有轴肩，轴肩抵靠在推力轴承121的上端面。

可选地，第一通孔内还设有至少一个调心轴承122，提拉轴140穿设于调心轴承122的轴孔内。使调心轴承122可以调整提拉轴140的垂直度，防止提拉轴140在熔融液内旋转时的画弧现象。

示例性地，旋转组件150不与其他零组件连接，仅与支撑架120连接，从而防止旋转组件150上的重力施加在其他零组件上。

支撑架120与传感器110连接，以将支撑架120的重力以及旋转组件150上的重力施加在传感器110上。其中，旋转组件150上的重力包括旋转组件150自身的重力以及附着在提拉轴140上的籽晶的重力。传感器110可以根据施加在其上的力的大小确定与其连接的物体的重量。

传感器110可以有多种类型，例如，传感器110可以为压力传感器110，通过测量施加在压力传感器110上的压力，测量连接在压力传感器110上的物体的重量；传感器110还可以为拉力传感器110，通过测量施加在拉力传感器110上的拉力，测量连接在拉力传感器110上的物体的重量。

对应传感器110的不同类型，支撑架120与传感器110有不同连接形式。

当传感器110包括压力传感器110时，传感器110与支撑架120之间的连接可以为抵靠性地连接，即传感器110与支撑架120沿重力的方向可以分离。可选地，支撑架120包括抵压部，抵压部位于压力传感器110上方且抵压在压力传感器110上。传感器110为压力传感器110时，支撑架120和压力传感器110的连接更加方便。

进一步地，抵压部上设有螺纹孔，螺纹孔上螺纹连接有调整螺钉170，调整螺钉170抵压在压力传感器上。通过螺纹连接在抵压部上调整螺钉170抵顶在传感器110上，可以在支撑架120与传感器110连接过程中实现支撑架120的调平，从而提高称重精确性。

进一步地，调整螺钉170包括螺钉套172、内螺钉171以及锁定螺母173，螺钉套172设有与螺纹孔螺纹连接的外螺纹，锁定螺母173螺纹连接在外螺纹上，且与支撑架120抵靠，以锁定螺钉套172；螺钉套172还设有内孔，内螺钉171的穿过内孔后连接在传感器110上。其中，内螺钉171与传感器110的连接指的是内螺钉171与传感器110连接为一体结构，防止内螺钉171与传感器110分离。这样，通过螺钉套172对支撑架120进行调平后，通过内螺钉171将支撑架120和传感器110连接在一起，防止支撑架120与传感器110发生位移。

当传感器110包括拉力传感器110时，传感器110与支撑架120的连接为不可分连接，即传感器110与支撑架120沿重力方向不可以分离。旋转组件150可以通过支撑架120悬吊在拉力传感器110上。

另外，传感器110还可以同时包括压力传感器和拉力传感器。

示例性地，支撑架120除了与传感器110以及旋转组件150连接外，不与其他零组件连接，从而防止支撑架120的重力以及旋转组件150上的重力施加在其他零组件上。

其中，传感器110的数量可以为一个也可以为多个。当同时设置多个传感器110时，可以降低每个传感器110承受的载荷，传感器110的载荷降低后，可供选择的传感器110类型也会更多，例如可以选择量程更小、精度更高的传感器。当然，当传感器110的数量也可以为一个。为提高支撑架120的稳定性，可以设置三个以上用于连接支撑架120的连接点，当传感器110的数量为一个时，可以在三个以上连接点中的一个上设置传感器110，当传感器110的数量为两个时，可以在三个以上连接点中的两个上设置传感器110。传感器110的数量为其他时以此类推。

当传感器110的数量为两个时，两个传感器110形成一条直线，此时支撑架120与传感器110的连接相当于线连接，容易导致支撑架120晃动，从而使称重结果不准确。当传感器110的数量为四个以上时，由于四个以上传感器110很难调整成共面，因此往往其中的三个传感器110形成一个连接面与支撑架120连接，其余不在连接面的传感器110不与支撑架120连接，导致不在连接面的传感器110不起作用。因此，可以将传感器110的数量设置为三个。

由于动力装置130、提拉轴140的重心在提拉轴140的轴线上，因此为保证支撑架120与传感器110连接后重心稳定，三个传感器110均匀分布在以提拉轴140为轴线的圆上。

示例性地，如图4所示，传感器110为压力传感器，整体呈长条形，包括与调整螺钉170连接的测量部分、用于与传感器安装座111连接的固定部分以及连接测量部分和固定部分的连接桥，传感器110安装在传感器安装座111后呈悬臂结构。其中测量部分的中间(图4中位于四个螺钉中心的圆圈处)为受力点。图4中的点划线圆为以提拉轴140为轴线的圆，三个传感器110均匀分布在此圆上，且相邻两个传感器110之间的夹角为120°。

本申请实施例中的蓝宝石长晶炉，旋转组件150包括动力装置130和提拉轴140，旋转组件150安装在支撑架120上，支撑架120与传感器110连接，使旋转组件150上的重量以及支撑架120的重量施加在传感器110上，从而使传感器110根据旋转组件150上的重量和支撑架120的重量确定籽晶的重量。由于动力装置130和提拉轴140通过支撑架120连接在传感器110上，即动力装置130、提拉轴140以及支撑架120作为一个组件与传感器110连接，动力装置130和提拉轴140作为组件中的两个组成部分，两者之间的力为组件的内力，不会传递到传感器110上。因此，动力装置130加速或减速导致的力的变化，不会通过提拉轴140传递到传感器110上，提高了测量的精度。

可选地，在一些实施例中，蓝宝石长晶炉还包括架体160，架体160与炉体200密封连接，共同围成真空腔162，动力装置130、支撑架120、传感器110以及提拉轴140均位于真空腔162内。架体160还可以用于支撑称重组件100，例如，传感器110安装在架体160上，从而使架体160通过传感器110支撑动力装置130、提拉轴140以及支撑架120。将动力装置130设置在真空腔162内可以防止动力装置130受外力(碰撞等)作用而导致称重不准确。

可选地，在一些实施例中，架体160包括冷却套，冷却套套设在部分提拉轴140的外围，冷却套设有冷却腔，冷却腔用于通入冷却液以冷却提拉轴140。相较于在提拉轴140中通入冷却的方式，通过在冷却套内通入冷却液的方式冷却提拉轴140，消除了提拉轴140内冷却液的流动导致的称重结果的变化，使称重更加精确。

本申请还提供了一种蓝宝石长晶系统，包括上述的蓝宝石长晶炉。

本申请实施例中的蓝宝石长晶系统，旋转组件包括动力装置130和提拉轴140，旋转组件安装在支撑架120上，支撑架120与传感器110连接，使旋转组件上的重量以及支撑架120的重量施加在传感器110上，从而使传感器110根据旋转组件上的重量和支撑架120的重量确定籽晶的重量。由于动力装置130和提拉轴140通过支撑架120连接在传感器110上，即动力装置130、提拉轴140以及支撑架120作为一个组件与传感器110连接，动力装置130和提拉轴140作为组件中的两个组成部分，两者之间的力为组件的内力，不会传递到传感器110上。因此，动力装置130加速或减速导致的力的变化，不会通过提拉轴140传递到传感器110上，提高了测量的精度。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种蓝宝石长晶炉，其特征在于，包括传感器(110)、支撑架(120)以及旋转组件(150)，

所述旋转组件(150)包括动力装置(130)和提拉轴(140)，所述动力装置(130)与所述提拉轴(140)的第一端连接，以驱动所述提拉轴(140)转动，所述提拉轴(140)第二端用于附着籽晶；

所述旋转组件(150)安装在所述支撑架(120)上，所述支撑架(120)与所述传感器(110)连接，以将所述支撑架(120)的重力以及所述旋转组件上的重力施加在所述传感器(110)上。

2.根据权利要求1所述的蓝宝石长晶炉，其特征在于，所述传感器(110)包括压力传感器(110)，所述支撑架(120)包括抵压部，所述抵压部位于所述压力传感器(110)上方且抵压在所述压力传感器(110)上。

3.根据权利要求2所述的蓝宝石长晶炉，其特征在于，所述抵压部上设有螺纹孔，所述螺纹孔上螺纹连接有调整螺钉(170)，所述调整螺钉(170)抵压在所述压力传感器(110)上。

4.根据权利要求3所述的蓝宝石长晶炉，其特征在于，所述调整螺钉(170)包括螺钉套(172)、内螺钉(171)以及锁定螺母(173)，

所述螺钉套(172)设有与所述螺纹孔螺纹连接的外螺纹，所述锁定螺母(173)螺纹连接在所述外螺纹上，且与所述支撑架(120)抵靠，以锁定所述螺钉套(172)；

所述螺钉套(172)还设有内孔，所述内螺钉(171)穿过所述内孔后连接在所述传感器(110)上。

5.根据权利要求1所述的蓝宝石长晶炉，其特征在于，所述传感器(110)的数量为三个以上，两个以上所述传感器(110)均匀分布在以所述提拉轴(140)为轴线的圆上。

6.根据权利要求1-5任一项所述的蓝宝石长晶炉，其特征在于，所述提拉轴(140)上设有限位部(141)，所述限位部(141)沿竖直方向抵压在所述支撑架(120)，以将所述提拉轴(140)上的重力传递给所述支撑架(120)。

7.根据权利要求6所述的蓝宝石长晶炉，其特征在于，所述支撑架(120)上设有第一通孔，所述第一通孔内安装有推力轴承(121)，所述提拉轴(140)穿设于所述推力轴承(121)的轴孔内，且所述限位部(141)抵顶在所述推力轴承(121)上。

8.根据权利要求1-5任一项所述的蓝宝石长晶炉，其特征在于，还包括架体(160)，所述架体(160)与炉体(200)密封连接，共同围成真空腔(162)，所述动力装置130、所述支撑架(120)、所述传感器(110)以及所述提拉轴(140)均位于所述真空腔(162)内。

9.根据权利要求1-5任一项所述的蓝宝石长晶炉，其特征在于，还包括冷却套，所述冷却套套设在部分所述提拉轴(140)的外围，所述冷却套设有冷却腔，所述冷却腔用于通入冷却液以冷却所述提拉轴(140)。

10.一种蓝宝石长晶系统，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的蓝宝石长晶炉。