CN117831884A - 超导磁体装置及超导磁体装置的调整方法 - Google Patents

Abstract

本申请实施例涉及一种超导磁体装置及超导磁体装置的调整方法。其中，超导磁体装置包括第一容器、线圈组件、多个拉杆组件和多个调节组件。第一容器包括第一壳体和第一壳体形成有的第一腔室，第一壳体中间具有用于容纳单晶炉的第一通孔；线圈组件包括线圈骨架与超导线圈，超导线圈用于产生磁场并作用于单晶炉内坩埚容纳的硅熔液上；多个拉杆组件绕第一容器的轴线周向分布，并使得线圈组件悬挂于第一腔室内；调节组件连接于拉杆组件的另一端，超导线圈在调节组件的作用下沿第一容器的轴线方向移动，以调节磁场零磁面的水平度。本申请实施例提供的超导磁体装置无需将已经装配于单晶炉上的超导磁体装置进行拆卸返修，大大提高了超导磁体的调整效率同时也降低了超导磁体的调整成本。

Description

超导磁体装置及超导磁体装置的调整方法

技术领域

本申请涉及半导体技术领域，特别是涉及一种超导磁体装置及超导磁体装置的调整方法。

背景技术

磁控直拉单晶超导磁体是一种用于直拉单晶硅生长的超导磁体系统。在直拉单晶硅的过程中，通过附加一定强度的磁场，可以有效提高单晶硅棒的均匀性，进而提高单晶硅棒品质。

磁控直拉单晶超导磁体是布置于单晶炉周围用于提供超导磁体的装置，其产生的磁场位形对拉晶效果影响很大，可直接影响拉晶的质量。

目前，对磁控直拉单晶超导磁体产生的水平磁场的零磁面的调控基本来自于超导磁体自身的工艺控制，以及与单晶炉的装配配合精度控制。并通过磁场测量的方式来确定零磁面的水平度，如果水平度不达标需要将磁控直拉单晶超导磁体进行返修，需要大量拆装工序。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例为解决背景技术中存在的至少一个问题而提供一种超导磁体装置。

第一方面，本申请实施例提供了一种超导磁体装置，包括：

第一容器，所述第一容器包括第一壳体，所述第一壳体内腔形成有封闭的第一腔室及所述第一壳体围设形成有第一通孔，所述第一通孔用于容纳单晶炉；

线圈组件，所述线圈组件位于所述第一腔室内，所述线圈组件包括线圈骨架与超导线圈，所述超导线圈绕装于所述线圈骨架上，所述超导线圈用于产生磁场并作用于所述单晶炉内坩埚容纳的硅熔液上；

多个拉杆组件，多个所述拉杆组件绕所述第一容器的轴线周向分布，所述拉杆组件的一端位于所述第一腔室内，且与所述线圈组件连接，所述拉杆组件的另一端位于所述第一腔室外部，且能够连接于所述第一壳体上，以使得所述线圈组件悬挂于所述第一腔室内；

多个调节组件，所述调节组件连接于所述拉杆组件的另一端，所述超导线圈在 所述调节组件的作用下沿所述第一容器的轴线方向移动，以调节所述磁场零磁面的水平度。

结合本申请的第一方面，在一可选实施方式中，所述调节组件包括第一调节件与第二调节件，所述第一调节件匹配所述第二调节件，所述第一调节件与所述拉杆组件的另一端连接，所述第一调节件能够在所述第二调节件的作用下与所述第一壳体连接，以使得所述线圈组件悬挂于所述第一腔室内，

所述第一调节件还能够在所述第二调节件的作用下带动所述超导线圈沿所述第一容器的轴线方向移动，以调节所述磁场零磁面的水平度。

结合本申请的第一方面，在一可选实施方式中，所述第一容器还包括支撑筒，所述支撑筒的底部连接于所述第一壳体表面，所述支撑筒沿其轴线方向上具有第二通孔，所述第二通孔连通所述第一腔室，所述第一调节件的一端位于所述第二通孔内，所述第一调节件的另一端位于所述支撑筒外部。

结合本申请的第一方面，在一可选实施方式中，所述第一调节件包括拉杆螺柱，所述第二调节件包括调节螺母，所述调节螺母匹配所述拉杆螺柱，所述调节螺母相对所述拉杆螺柱进行旋转，以使得所述拉杆螺柱带动所述线圈骨架移动。

结合本申请的第一方面，在一可选实施方式中，超导磁体装置还包括：

第二容器，所述第二容器位于所述第一腔室内，所述第二容器包括第二壳体，所述第二壳体内腔形成有封闭的第二腔室及所述第二壳体围设形成有第三通孔，所述线圈组件位于所述第二腔室内，所述第三通孔与所述第一通孔为同心圆，所述拉杆组件贯穿所述第二壳体表面且与所述第二壳体连接，所述第二腔室内温度低于所述第二腔室外部温度。

结合本申请的第一方面，在一可选实施方式中，所述拉杆组件包括：

底座，所述底座与所述线圈骨架连接；

拉杆件，所述拉杆件的一端与所述底座连接，所述拉杆件的另一端与所述第一调节件连接，所述拉杆件穿过所述第一壳体与所述第二壳体。

结合本申请的第一方面，在一可选实施方式中，所述拉杆件包括：

第一销轴，所述第一销轴与所述底座连接，所述第一销轴的轴线与所述第一容器的轴线垂直；

第二销轴，所述第二销轴与所述第一壳体连接，所述第二销轴的轴线平行于所述第一销轴的轴线；

环形拉杆，所述环形拉杆的一端套装于所述第一销轴上，所述环形拉杆的另一端套装于所述第二销轴上，所述环形拉杆穿过所述第一壳体与所述第二壳体表面。

结合本申请的第一方面，在一可选实施方式中，所述拉杆件还包括：

第三销轴；

第四销轴，所述第四销轴的轴线与所述第三销轴的轴线均平行于所述第一销轴或所述第二销轴的轴线，所述第四销轴位于所述第二腔室内，所述第三销轴位于所述第二腔室外部；

一对连接板，所述第四销轴的两端与所述第三销轴的两端均分别连接一对所述连接板上，所述连接板的一端位于所述第二腔室内，所述连接板的另一端位于所述第一腔室内；

铜软，所述铜软的两端分别连接一对所述连接板，所述铜软还与所述第二壳体连接；

所述环形拉杆包括第一拉杆与第二拉杆，所述第一拉杆的两端分别套装于所述第二销轴与所述第三销轴上，所述第二拉杆的两端分别套装于所述第四销轴与所述第一销轴上。

结合本申请的第一方面，在一可选实施方式中，多个所述拉杆组件分布于所述第一壳体的上端面与下端面上，在所述第一容器的轴线方向上，位于所述上端面上的所述拉杆组件与位于所述下端面上的所述拉杆组件相对应。

结合本申请的第一方面，在一可选实施方式中，所述线圈组件还包括环氧树脂，所述环氧树脂粘结于所述超导线圈与所述线圈骨架表面。

第二方面，本申请实施例提供了一种对第一方面实施例提供的超导磁体装置的调整方法，包括如下步骤：

在超导磁体完成励磁后，以单晶炉内坩埚的中心为圆心选取第一测量圆；

在所述第一测量圆上选取多个测量点，相邻所述测量点之间的距离相等；

通过测量得到每个所述测量点的径向磁场测量值与轴向磁场测量值；

基于所述径向磁场测量值调节所述坩埚中心与所述超导磁体产生磁场零磁面中心的相对位置，以使得所述坩埚中心与所述磁场零磁面中心重合；

基于所述轴向磁场测量值调节所述测量点对应位置的所述超导磁体在其轴线方向的位置，以使得所述磁场零磁面与所述坩埚内硅熔液液面平行。

结合本申请的第二方面，在一可选实施方式中，基于所述径向磁场测量值调节所述坩埚中心与所述超导磁体产生磁场零磁面中心的相对位置，包括：

获取所述测量点的径向磁场的标准值；

基于多个所述测量点的所述径向磁场测量值与所述标准值，确定所述第一测量圆上多个所述测量点的最小标准差值；

判断所述最小标准差值是否小于等于第一设定值；

若是，则判定所述坩埚中心与所述磁场零磁面中心重合；

若否，基于对多个所述测量点的分析来调节所述坩埚中心与所述磁场零磁面中心的相对位置。

结合本申请的第二方面，在一可选实施方式中，基于对多个所述测量点的分析来调节所述坩埚中心与所述磁场零磁面中心的相对位置，包括：

计算得到多个所述测量点的所述径向磁场测量值的平均值；

计算得到所述平均值与每个所述径向磁场测量值的差值；

至少获取所述差值中的最大值；

至少基于所述差值中的最大值调节所述坩埚中心与所述超导磁体中心的相对位置，以使得所述坩埚中心与所述磁场零磁面中心重合。

结合本申请的第二方面，在一可选实施方式中，基于所述轴向磁场测量值调节所述测量点在所述超导磁体轴线方向的位置，以使得所述磁场零磁面与所述坩埚内硅熔液液面平行，包括：

基于对所述轴向磁场测量值的分析来调节至少一个所述测量点对应位置的所述超导磁体在其轴线方向上的位置；

通过测量得到每个所述测量点的当前轴向磁场测量值；

计算所述当前轴向磁场测量值与所述轴向磁场测量值的差值；

计算每个所述测量点对应位置的所述超导磁体在其轴线方向上的调节距离；

基于所述调节距离、所述当前轴向磁场测量值与所述轴向磁场测量值的差值计算调节后多个所述测量点的轴向磁场的均方根值；

判断所述均方根值是否小于等于第二设定值；

若是，则判定所述磁场零磁面与所述坩埚内硅熔液液面平行；

若否，则基于对所述当前轴向磁场测量值的分析来调节所述测量点对应位置的所述超导磁体在其轴线方向上的位置。

结合本申请的第二方面，在一可选实施方式中，基于对所述轴向磁场测量值的分析来调节至少一个所述测量点在所述超导磁体轴线方向上的位置，包括：

计算得到多个所述测量点的所述轴向磁场测量值的平均值；

计算得到所述平均值与每个所述轴向磁场测量值的差值；

至少获取所述差值中的最大值；

至少基于所述差值中的最大值来调节与其对应的所述测量点对应位置的所述超导磁体在其轴线方向上的位置。

本申请实施例所提供的超导磁体装置通过在多个拉杆组件上连接有调节组件，并利用调节组件来调节超导磁体零磁面的水平度，无需将已经装配于单晶炉上的超导磁体装置进行拆卸返修，大大提高了超导磁体的调整效率同时也降低了超导磁体的调整成本。

本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本申请实施例提供的超导磁体装置的整体结构示意图；

图2为本申请实施例提供的超导磁体装置的局部内部结构示意图；

图3为本申请实施例提供的超导磁体装置的俯视图；

图4为图3中A-A的剖视图；

图5为本申请另一实施例提供的超导磁体装置的局部结构示意图；

图6为本申请一实施例提供的超导磁体装置中的拉杆件的结构示意图；

图7为图4中B处的放大图；

图8为本申请实施例提供的超导磁体装置的调整方法的整体流程示意图；

图9为本申请实施例提供的超导磁体装置的调整方法中对超导磁体分成四个测量点的结构示意图；

图10为本申请一实施例提供的超导磁体装置的调整方法中调节坩埚中心与磁场零磁面中心的相对位置的流程图；

图11为本申请一实施例提供的超导磁体装置的调整方法中对多个测量点分析的流程图；

图12为本申请一实施例提供的超导磁体装置的调整方法中对超导磁体产生的轴向磁场的调整方法的流程图；

图13为本申请一实施例提供的超导磁体装置的调整方法中对轴向磁场测量值的分析的流程示意图；

图14为应用本申请实施例提供的超导磁体装置的调整方法对其中一个测量点调整后的轴向磁场测量值的变化坐标图；

图15为应用本申请实施例提供的超导磁体装置的调整方法在调整之前的轴向磁场测量值与角度的坐标图；

图16为应用本申请实施例提供的超导磁体装置的调整方法在调整之后的轴向磁场测量值与角度的坐标图。

附图标记：

10、第一容器；101、第一通孔；110、第一壳体；120、第一腔室；131、第二壳体；132、第二腔室；140、支撑筒；20、线圈组件；210、超导线圈；220、线圈骨架；30、拉杆组件；300、底座；310、第一销轴；320、第二销轴；330、第三销轴；340、第四销轴；356、环形拉杆；350、第一拉杆；360、第二拉杆；370、连接板；380、铜软；40、调节组件；410、调节螺母；420、拉杆螺柱；510、控制塔；520、制冷机；530、信号线接头；540、真空阀门。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本申请公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本申请的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本申请，而不应被这里阐述的具体实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本申请，并且能够将本申请公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本申请更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本申请可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本申请发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述；即，这里不描述实际实施例的全部特征，不详细描述公知的功能和结构。

在附图中，为了清楚，层、区、元件的尺寸以及其相对尺寸可能被夸大。自始至终相同附图标记表示相同的元件。

应当明白，当元件或层被称为“在……上”、“与……相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在……上”、“与……直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本申请教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。而当讨论的第二元件、部件、区、层或部分时，并不表明本申请必然存在第一元件、部件、区、层或部分。

空间关系术语例如“在……下”、“在……下面”、“下面的”、“在……之下”、“在……之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在……下面”和“在……下”可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向（旋转90度或其它取向）并且在此使用的空间描述语相应地被解释。

在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本申请的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。

为了彻底理解本申请，将在下列的描述中提出详细的步骤以及详细的结构，以便阐释本申请的技术方案。本申请的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本申请还可以具有其他实施方式。

在现有技术中，在将磁控直拉超导磁体装置安装至对应的单晶炉周围的过程中，可能存在各种问题导致最后测量的磁场不达标，比如：装配过程中的叠加公差。在将磁控直拉超导磁体装置安装完成后，如果磁场测量不达标，还需要将磁控直拉超导磁体装置进行拆卸并进行返修，需要大量的拆装成本。

基于上述技术问题，本申请实施例提供一种超导磁体装置，该超导磁体装置通过在多个拉杆组件30上连接有调节组件40，在将磁控直拉超导磁体装置安装完成后，如果磁场测量不达标，利用调节组件40来调节超导磁体零磁面的水平度，无需将已经装配于单晶炉上的超导磁体装置进行拆卸返修，大大提高了超导磁体的调整效率同时也降低了超导磁体的调整成本。

下面结合附图具体阐述下本申请实施例提供的超导磁体装置，如图1与图2所示，超导磁体装置包括第一容器10、线圈组件20、多个拉杆组件30和多个调节组件40。

其中，第一容器10包括第一壳体110，第一壳体110内腔形成有封闭的第一腔室120及第一壳体110围设形成有第一通孔101，第一通孔101用于容纳单晶炉。

线圈组件20位于第一腔室120内，线圈组件20包括线圈骨架220和超导线圈210，超导线圈210绕装于线圈骨架220上，超导线圈210用于产生磁场并作用于单晶炉内坩埚容纳的硅熔液上。

多个拉杆组件30绕第一容器10的轴线周向分布，拉杆组件30的一端位于第一腔室120内，且与线圈组件20连接，拉杆组件30的另一端位于第一腔室120外部，且能够连接于第一壳体110上，以使得线圈组件20悬挂于第一腔室120内。

多个调节组件40连接于拉杆组件30的另一端，超导线圈210在调节组件40的作用下沿第一容器10的轴线方向移动，以调节磁场零磁面的水平度。

本申请实施例提供具有可调拉杆结构的磁拉单晶超导磁体装置，利用拉杆组件30便于对超导磁体的零磁面进行调整，能够有效避免超导磁体返修调整，节省制作时间和返修成本。

单晶炉位于第一通孔101内，当单晶炉内坩埚的中心与超导磁体的中心重合时，能够使得坩埚内的硅熔液处于对称的磁场位形中，超导磁体产生的磁场作用于坩埚内硅熔液上时能够提高拉晶效果。

在一可选实施例中，超导线圈210由特制超导线绕制而成，超导线圈210绕制于线圈骨架220上，并通过环氧树脂浸渍以加强超导线圈210的强度，以保证在高磁场下抵御由此产生的高应力，防止超导线圈210失去超导性能。

本申请实施例中具有两个超导线圈210，两个超导线圈210平行设置且运行电流为反向，并用于产生适合磁控直拉单晶硅的特殊磁场。超导线圈210是超导磁体的核心部件，超导磁体产生较强的磁场，磁场作用于单晶炉坩埚内硅熔液上能够提高拉晶质量。

在一可选实施例中，如图3和图4所示，调节组件40包括第一调节件与第二调节件，第一调节件匹配第二调节件，第一调节件与拉杆组件30的另一端连接，第一调节件能够在第二调节件的作用下与第一壳体110连接，以使得线圈组件20悬挂于第一腔室120内。

第一调节件还能够在第二调节件的作用下带动超导线圈210沿第一容器10的轴线方向移动，以调节磁场零磁面的水平度。

在本申请实施例中，通过对第二调节件的调节能够使得第一调节件带动超导线圈210沿第一容器10的轴向方向移动，或者使得第一调节件连接于第一壳体110上。

可以理解为，通过对一个或多个第二调节件的调节进而对超导线圈210的位置姿态进行调节，进一步调整超导磁体产生磁场零磁面的水平度。而当完成对超导磁体产生磁场零磁面的调整后，通过对第二调节件的调节使得第一调节件连接于第一壳体110上，限定超导线圈210与第一壳体110的相对位置。

在一可选实施例中，如图2和图4所示，第一容器10还包括支撑筒140，支撑筒140的底部连接于第一壳体110表面，支撑筒140沿其轴线方向上具有第二通孔，第二通孔连通第一腔室120，第一调节件的一端位于第二通孔内，第一调节件的另一端位于支撑筒140外部。

在本申请实施例中，拉杆组件30、调节组件40和支撑筒140的数量相对应，基于第一腔室120内空间有限，利用支撑筒140连接于第一壳体110表面上并将调节组件40连接于支撑筒140上，能够提高对调节组件40的调节便利性以及调节精度。

在一可选实施例中，如图4所示，第一调节件包括拉杆螺柱420，第二调节件包括调节螺母410，调节螺母410匹配拉杆螺柱420，调节螺母410相对拉杆螺柱420进行旋转，以使得拉杆螺柱420带动线圈骨架220移动。

也就是说，拉杆螺柱420的一端与拉杆组件30连接，拉杆螺柱420的另一端位于支撑筒140外部并与调节螺母410匹配连接，通过旋转调节螺母410来调节超导线圈210与第一壳体110的相对位置，进一步调节超导磁体产生磁场零磁面的水平度。

可以理解为，通过对一个或多个调节螺母410进行旋转来调节超导线圈210的位置姿态，并最终使得超导磁体产生磁场零磁面与坩埚内硅熔液液面平行，进而保证拉晶质量。

在一可选实施例中，如图5所示，超导磁体装置还包括第二容器，第二容器位于第一腔室120内，第二容器包括第二壳体131，第二壳体131内腔形成有第二腔室132，线圈组件20位于第二腔室132内，第二壳体131围设形成有第三通孔，第三通孔与第一通孔101为同心圆，拉杆组件30贯穿第二壳体131表面且与第二壳体131连接，第二腔室132内温度低于第二腔室132外部温度。

超导线圈210位于第二腔室132内，第二腔室132内形成有低温环境，通过第二壳体131即冷屏将超导线圈210进行隔开，以保证超导线圈210具有足够低的漏热。

需要说明的是，在图1中第一壳体110上有缺口，在图5中第一壳体110与第二壳体131上均有缺口，图1与图5中的缺口只是为了便于看清楚第一壳体110与第二壳体131的内部结构，实际上缺口并不存在。

在一可选实施例中，超导磁体装置还包括制冷机520，制冷机520连接于第一壳体110上位于第一腔室120外部，制冷机520用于给超导线圈210提供冷量，当制冷机520的制冷量大于漏热时，超导线圈210被制冷机520降温至超导低温环境，超导低温环境温度为4.2K，当超导线圈210处于超导低温环境时其具有可忽略的电阻，从而达到超导状态，可以承载比常规线圈更高的电流，进而实现更高的磁场强度。

在一可选实施例中，超导磁体装置还包括控制塔510，控制塔510呈半圆弧形，半圆弧形结构的控制塔510能够节省占用空间，提高超导磁体装置的紧凑型。

在一可选实施例中，超导磁体装置还包括信号线接头530、温度计和压降线，温度计与压降线均连接于超导线圈210处并用于实时检测超导线圈210的温度，信号线接头530连接温度计与压降线，信号线接头530连接显示装置以便于实时监测超导磁体的温度及超导线圈210电压情况，保证超导磁体的正常运行。

在一可选实施例中，超导磁体装置还包括真空阀门540，真空阀门540能够为磁控直拉单晶超导磁体提供抽真空通道，真空阀门540打开时，第一腔室120通过连接真空泵获得真空，真空环境温度为300K。当真空阀门540关闭时，可保证第一腔室120内持续保持高真空度。第一腔室120内的高真空度能够减少第二腔室132内的冷量通过空气传递，能够保证第二腔室132内足够低的漏热。

在一可选实施例中，如图4和图6所示，拉杆组件30包括底座300和拉杆件，底座300与线圈骨架220连接。拉杆件的一端与底座300连接，拉杆件的另一端与第一调节件连接，拉杆件穿过第一壳体110与第二壳体131。

本申请实施例中，拉杆件的一端与底座300连接，拉杆件的另一端与第一调节件连接于支撑筒140上，使得线圈骨架220与线圈以支撑筒140作为支撑连接点悬挂于第二腔室132内。

在一可选实施例中，如图6所示，拉杆件包括第一销轴310、第二销轴320和环形拉杆356。第一销轴310与底座300连接，第一销轴310的轴线与第一容器10的轴线垂直。第二销轴320与第一壳体110连接，第二销轴320的轴线平行于第一销轴310的轴线。环形拉杆356的一端套装于第一销轴310上，环形拉杆356的另一端套装于第二销轴320上，环形拉杆356穿过第一壳体110与第二壳体131表面。第二销轴320通过连接块与第一调节件连接。

拉杆组件30通过将环形拉杆356套装于第一销轴310与第二销轴320上的连接方式，能够使得超导磁体在运输过程中受到冲击力时自适应的改变姿态，提高超导磁体的适应性。

在一可选实施例中，环形拉杆356的材质为高强度碳纤维材料，碳纤维材料具有质量轻且强度高的特点，同时碳纤维材料还具有较低导热率，能够减小热传导减少漏热。碳纤维材料的环形拉杆356承受超导线圈210与线圈骨架220的重量以及运输过程中的冲击力，保证超导磁体装置的结构稳定性。

环形拉杆356穿过第一壳体110与第二壳体131，从而使得环形拉杆356与第一壳体110及第二壳体131之间形成有间隙，间隙容易漏热。

在一可选实施例中，针对上述环形拉杆356与第一壳体110及第二壳体131之间的间隙容易发生漏热现象，本申请实施例将环形拉杆356分成两个独立的第一拉杆350与第二拉杆360。

具体地，如图7所示，拉杆件还包括第三销轴330、第四销轴340、一对连接板370和铜软380。第四销轴340的轴线与第三销轴330的轴线均平行于第一销轴310或第二销轴320的轴线，第四销轴340位于第二腔室132内，第三销轴330位于第二腔室132外部。

第四销轴340的两端与第三销轴330的两端均分别连接一对连接板370上，连接板370的一端位于第二腔室132内，连接板370的另一端位于第一腔室120内。铜软380的两端分别连接一对连接板370，铜软380还与第二壳体131连接。

环形拉杆356包括第一拉杆350与第二拉杆360，第一拉杆350的两端分别套装于第二销轴320与第三销轴330上，第二拉杆360的两端分别套装于第四销轴340与第一销轴310上。

也就是说，本申请实施例将环形拉杆356分成两个独立的第一拉杆350与第二拉杆360，并利用一对连接板370对第一拉杆350与第二拉杆360进行连接，同时增加第三销轴330与第四销轴340。另外通过铜软380连接于一对连接板370之间以及第二壳体131上，大大减小了第二壳体131与拉杆件之间的间隙，减小漏热。一对连接板370的材料为热沉材料，能够减小漏热。

在一可选实施例中，如图1所示，多个拉杆组件30分布于第一壳体110的上端面与下端面上，在第一容器10的轴线方向上，位于上端面上的拉杆组件30与位于下端面上的拉杆组件30相对应。

当需要对其中一个或多个拉杆组件30进行调节时，通过第一壳体110的上端面上的拉杆组件30与其相对应的下端面上的拉杆组件30相配合来进行调节，以提高对超导磁体的调节效果与调节精度。作为示例性的，当需要对其中的一个拉杆组件30向上调节1mm以实现对超导磁体的调节，则在松脱第一壳体110上端面上的拉杆组件30中的调节螺母410时，同时也需要松脱与其相对应的第一壳体110下端面上的拉杆组件30的调节螺母410。

超导磁体装置上的拉杆组件30的数量本申请实施例不做限定，可根据超导磁体的体积大小进行设定。

本申请实施例还提供一种对上述任一实施例提供的超导磁体装置的调整方法，如图8所示，调整方法包括如下步骤：

S01、超导磁体完成励磁后，以单晶炉内坩埚的中心为圆心选取第一测量圆。

在第一容器的上端面与下端面的机械中心面上，以单晶炉坩埚的中心为圆心选择半径为R作为第一测量圆。在第一测量圆上选取多个点作为测量点。

在一可选实施例中，半径R小于等于坩埚的半径。超导磁体产生的磁场作用于坩埚内硅熔液上，在调整过程中，将第一测量圆的半径R选取小于坩埚半径，能够更加贴近实际操作，提高对超导磁体的调整精度。

在一可选实施例中，如图9所示，定义超导磁体装置上拉杆组件也即调节组件的位置角度及编号。作为示例性的，超导磁体装置包括八个拉杆组件，位于第一容器上端面的四个拉杆组件依次编号为1号、2号、3号和4号，1号、2号、3号和4号分别对应的角度为0度、90度、180度和270度。位于第一容器下端面上的四个拉杆组件依次编号为5号、6号、7号和8号，5号、6号、7号和8号对应的角度为0度、90度、180度和270度。

超导磁体装置上的拉杆组件的数量本申请实施例不做限定，可根据超导磁体的体积大小进行设定。

S02、在第一测量圆上选取多个测量点，相邻测量点之间的距离相等。

作为示例性的，第一测量圆的半径为300mm，第一测量圆上选取24个测量点，相邻测量点之间的行程的角度相等，均为15度。

S03、通过测量得到每个测量点的径向磁场测量值与轴向磁场测量值。

通过磁场测量仪测量得出每个测量点的径向磁场测量值与轴向磁场测量值。

S04、基于径向磁场测量值调节坩埚中心与超导磁体产生磁场零磁面中心的相对位置，以使得坩埚中心与磁场零磁面中心重合。

理论上在将超导磁体装置装配于单晶炉周围后，超导磁体上下端面的机械中心面也即磁场零磁面的中心与坩埚的中心重合，第一测量圆各个测量点的测量值相等，但是实际上在装配完成后存在误差，通过对径向磁场的测量来调整二者的相对位置，并使得坩埚中心与磁场零磁面中心重合，以保证在后续的拉晶质量。

S05、基于轴向磁场测量值调节测量点对应位置的超导磁体在其轴线方向的位置，以使得磁场零磁面与坩埚内硅熔液液面平行。

本步骤与步骤S04分别从磁场的轴向与径向分别进行调整，当步骤S04中的坩埚中心与磁场零磁面中心重合后，本步骤基于轴向磁场测量值来调整磁场零磁面的水平度，并使得磁场零磁面与坩埚内硅熔液液面平行。

可以理解为，理论上第一测量圆上的各个测量点的轴向磁场测量值为零，但实际上第一测量圆上的各个测量点的轴向磁场测量值可能为零也可能不为零，基于对各个测量点的轴向磁场测量值来调整超导磁体在其轴向方向上的位置，通过各个测量点对应位置处的拉杆组件的调节来现实磁场零磁面的调整。

在一可选实施例中，如图10所示，步骤S04中还包括步骤：

S041、获取测量点的径向磁场的标准值。通过计算能够得到测量点的径向磁场的标准值。

S042、基于多个测量点的径向磁场测量值与标准值，确定第一测量圆上多个测量点的最小标准差值。

S043、判断最小标准差值是否小于等于第一设定值。

S044、若是，则判定坩埚内硅熔液液面与超导磁体零磁面为同心圆。

S045、若否，基于对多个测量点的分析来调节坩埚中心与磁场零磁面中心的相对位置。

在本申请实施例中，利用最小标准差值来确定多个测量点的径向磁场测量值的均匀性，当最小标准差值大于第一设定值时，则能够判定多个测量点的径向磁场测量值的均匀性较差，还需要调节坩埚与超导磁体的相对位置。当最小标准差值小于等于第一设定值，能够判定坩埚中心与磁场零磁面中心重合。

在一可选实施例中，如图11所示，在步骤S045中，当最小标准差值大于第一设定值时，则基于多个测量点的分析来调节坩埚中心与磁场零磁面中心的相对位置，对多个测量点的分析具体包括如下步骤：

S0451、计算得到多个测量点的径向磁场测量值的平均值。

S0452、计算得到平均值与每个径向磁场测量值的差值。

S0453、至少获取差值中的最大值。

S0454、至少基于差值中的最大值调节坩埚中心与超导磁体中心的相对位置，以使得坩埚中心与磁场零磁面中心重合。

在本申请实施例中可以理解为，计算当前径向磁场测量值的平均值，及计算平均值与当前径向磁场测量值的差值，并得出差值中数值最大的那个，并基于最大值调节坩埚中心与磁场零磁面的相对位置。完成调节后再对各个测量点进行测量，计算最小标准差值，并基于最小标准差值判断坩埚中心与磁场零磁面中心是否重合。可循环多次进行调整直至最小标准差值小于等于第一设定值。

在一可选实施例中，不仅能够基于差值中数值最大的那个进行调节，还可以基于差值中排列前几的较大值进行调节，比如：差值中从高到低中排列前三。

在一可选实施例中，如图12所示，在步骤S05中还包括步骤：

S051、基于对轴向磁场测量值的分析来调节至少一个测量点对应位置的超导磁体在其轴线方向上的位置。

以坩埚中心为圆心选取的第二测量圆，第二测量圆的半径大于坩埚半径也即第二测量圆的面积比坩埚的面积大，对较大面积的第二测量圆上的多个测量点进行测量并以此来调节超导磁体的位置姿态，能够提高调整精度。

轴向磁场测量值即在对超导磁体调整之前的初始磁场，通过对轴向磁场测量值的分析来调节一个或多个测量点对应位置的超导磁体在其轴线方向上的位置。

在一可选实施例中，如图13所示，步骤S051还包括：

S0511、计算得到多个测量点的轴向磁场测量值的平均值。

S0512、计算得到平均值与每个轴向磁场测量值的差值。

S0513、至少获取差值中的最大值。

S0514、至少基于差值中的最大值来调节与其对应的测量点对应位置的超导磁体在其轴线方向上的位置。

本申请实施例中，通过对每个测量点测量得到轴向磁场测量值即初始磁场计算平均值，再计算平均值与每个轴向磁场测量值的差值，获取多个差值中的最大值或者获取多个差值中从大到小排列中的前几位较大数值，基于差值中的最大值或者靠近最大值的几个数值来调节与该数值相对应的超导磁体在其轴线方向上的位置。

可以理解为，对多个轴向磁场测量值中与平均数相差较大的一个或多个对应位置处的超导磁体进行调整，以提高多个轴向磁场测量值的均匀性，进一步提高磁场零磁面的水平度。

S052、通过测量得到每个测量点的当前轴向磁场测量值。

在步骤S0514中对超导磁体的位置姿态调整后，再对各个测量点进行测量得到当前轴向磁场测量值。

需要说明的是，每一次对超导磁体位置姿态进行调整时，即便是只调节超导磁体上一个拉杆组件的位置，也会对其他测量点的位置姿态造成影响。因此，在每一次对超导磁体位置姿态进行调整后都需要再次测量每个测量点。

如图14所示，图14中示出的坐标图为图9中90度处的拉杆组件向上调节1mm后，在第二测量圆处产生的磁场变化量的坐标图。由图14可知，在90度处的磁场变化量最大，在与90度相接近的位置也均有变化。

S053、计算当前轴向磁场测量值与轴向磁场测量值的差值。

S054、计算每个测量点对应位置的超导磁体在其轴线方向上的调节距离。

S055、基于调节距离、当前轴向磁场测量值与轴向磁场测量值的差值计算调节后多个测量点的轴向磁场的均方根值。

通过线性规划方法计算优化方程：min BZm (BZ(θ)= BZ0(θ)+D1*F1(θ) + … +D8*F8(θ))。其中，F1(θ)至F8(θ)分别为每个测量点在调节后的磁场变化量，D1至D8为每个测量点对应位置拉杆组件的调节距离，BZ0(θ)为轴向磁场测量值即初始磁场，BZm达到最小时即多个测量点的轴向磁场的均方根值最小时，磁场零磁面的水平度达到最好。

S056、判断均方根值是否小于等于第二设定值。

S057、若是，则判定磁场零磁面与坩埚内硅熔液液面平行。

在步骤S056中最小均方根值等于零时是最理想状态，但实际上无法达到。当均方根值小于等于第二设定值时则判定磁场零磁面与坩埚内硅熔液液面平行。

S058、若否，则基于对当前轴向磁场测量值的分析来调节测量点对应位置的超导磁体在其轴线方向上的位置。

如果均方根值大于第二设定值，则还需要对磁场零磁面进行进一步调节，调节的方法与步骤S0511至S0514相似，也即计算当前轴向磁场测量值的平均值，再分别计算多个当前轴向磁场测量值与平均值的差值，至少获得差值中的最大值，基于差值中最大值或接近最大值的多个数值来调节测量点对应位置的超导磁体在其轴线方向上的位置。

在完成调节之后还需要再次对每个测量点进行测量，并对当前获得的轴向磁场测量值再次计算最小均方根值，并判断是否小于等于第二设定值，当最小均方根值小于第二设定值则停止调整；否则将循环测量、计算并判断。

如图15与图16所示，图15中示出了磁场零磁面调整之前多个测量点的轴向磁场测量值，最大轴向磁场测量值在300度处为23GS，最小轴向磁场测量值在148度处为-5GS，图15中示出的多个测量点的轴向磁场测量值的最大值与最小值的差值为28GS。图16中示出了磁场零磁面在调整之后多个测量点的轴向磁场测量值，由图16中示出的多个测量点的轴向磁场测量值可得其均匀度较好，最大轴向磁场测量值在45度处为1.4GS，最小轴向磁场测量值在310度左右位置处为-1.7GS，图16中示出的多个测量点的轴向磁场测量值的最大值与最小值的差值为3.1GS。应用本申请实施例提供的超导磁体装置的调整方法对磁场零磁面调整之后，大大提高测量点的轴向磁场测量值与径向磁场测量值的均匀性，进一步提高磁场零磁面的水平度。

应当理解，以上实施例均为示例性的，不用于包含权利要求所包含的所有可能的实施方式。在不脱离本公开的范围的情况下，还可以在以上实施例的基础上做出各种变形和改变。同样的，也可以对以上实施例的各个技术特征进行任意组合，以形成可能没有被明确描述的本申请的另外的实施例。因此，上述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，不对本申请专利的保护范围进行限制。

Claims (15)

1.一种超导磁体装置，其特征在于，包括：

第一容器，所述第一容器包括第一壳体，所述第一壳体内腔形成有封闭的第一腔室及所述第一壳体围设形成有第一通孔，所述第一通孔用于容纳单晶炉；

线圈组件，所述线圈组件位于所述第一腔室内，所述线圈组件包括线圈骨架与超导线圈，所述超导线圈绕装于所述线圈骨架上，所述超导线圈用于产生磁场并作用于所述单晶炉内坩埚容纳的硅熔液上；

多个拉杆组件，多个所述拉杆组件绕所述第一容器的轴线周向分布，所述拉杆组件的一端位于所述第一腔室内，且与所述线圈组件连接，所述拉杆组件的另一端位于所述第一腔室外部，且能够连接于所述第一壳体上，以使得所述线圈组件悬挂于所述第一腔室内；

多个调节组件，所述调节组件连接于所述拉杆组件的另一端，所述超导线圈在 所述调节组件的作用下沿所述第一容器的轴线方向移动，以调节所述磁场零磁面的水平度。

2.根据权利要求1所述的超导磁体装置，其特征在于，所述调节组件包括第一调节件与第二调节件，所述第一调节件匹配所述第二调节件，所述第一调节件与所述拉杆组件的另一端连接，所述第一调节件能够在所述第二调节件的作用下与所述第一壳体连接，以使得所述线圈组件悬挂于所述第一腔室内，

所述第一调节件还能够在所述第二调节件的作用下带动所述超导线圈沿所述第一容器的轴线方向移动，以调节所述磁场零磁面的水平度。

3.根据权利要求2所述的超导磁体装置，其特征在于，所述第一容器还包括支撑筒，所述支撑筒的底部连接于所述第一壳体表面，所述支撑筒沿其轴线方向上具有第二通孔，所述第二通孔连通所述第一腔室，所述第一调节件的一端位于所述第二通孔内，所述第一调节件的另一端位于所述支撑筒外部。

4.根据权利要求2或3所述的超导磁体装置，其特征在于，所述第一调节件包括拉杆螺柱，所述第二调节件包括调节螺母，所述调节螺母匹配所述拉杆螺柱，所述调节螺母相对所述拉杆螺柱进行旋转，以使得所述拉杆螺柱带动所述线圈骨架移动。

5.根据权利要求2所述的超导磁体装置，其特征在于，还包括：

第二容器，所述第二容器位于所述第一腔室内，所述第二容器包括第二壳体，所述第二壳体内腔形成有封闭的第二腔室及所述第二壳体围设形成有第三通孔，所述线圈组件位于所述第二腔室内，所述第三通孔与所述第一通孔为同心圆，所述拉杆组件贯穿所述第二壳体表面且与所述第二壳体连接，所述第二腔室内温度低于所述第二腔室外部温度。

6.根据权利要求5所述的超导磁体装置，其特征在于，所述拉杆组件包括：

底座，所述底座与所述线圈骨架连接；

拉杆件，所述拉杆件的一端与所述底座连接，所述拉杆件的另一端与所述第一调节件连接，所述拉杆件穿过所述第一壳体与所述第二壳体。

7.根据权利要求6所述的超导磁体装置，其特征在于，所述拉杆件包括：

第一销轴，所述第一销轴与所述底座连接，所述第一销轴的轴线与所述第一容器的轴线垂直；

第二销轴，所述第二销轴与所述第一壳体连接，所述第二销轴的轴线平行于所述第一销轴的轴线；

环形拉杆，所述环形拉杆的一端套装于所述第一销轴上，所述环形拉杆的另一端套装于所述第二销轴上，所述环形拉杆穿过所述第一壳体与所述第二壳体表面。

8.根据权利要求7所述的超导磁体装置，其特征在于，所述拉杆件还包括：

第三销轴；

第四销轴，所述第四销轴的轴线与所述第三销轴的轴线均平行于所述第一销轴或所述第二销轴的轴线，所述第四销轴位于所述第二腔室内，所述第三销轴位于所述第二腔室外部；

一对连接板，所述第四销轴的两端与所述第三销轴的两端均分别连接一对所述连接板上，所述连接板的一端位于所述第二腔室内，所述连接板的另一端位于所述第一腔室内；

铜软，所述铜软的两端分别连接一对所述连接板，所述铜软还与所述第二壳体连接；

所述环形拉杆包括第一拉杆与第二拉杆，所述第一拉杆的两端分别套装于所述第二销轴与所述第三销轴上，所述第二拉杆的两端分别套装于所述第四销轴与所述第一销轴上。

9.根据权利要求1所述的超导磁体装置，其特征在于，多个所述拉杆组件分布于所述第一壳体的上端面与下端面上，在所述第一容器的轴线方向上，位于所述上端面上的所述拉杆组件与位于所述下端面上的所述拉杆组件相对应。

10.根据权利要求1所述的超导磁体装置，其特征在于，所述线圈组件还包括环氧树脂，所述环氧树脂粘结于所述超导线圈与所述线圈骨架表面。

11.一种对如权利要求1所述的超导磁体装置的调整方法，其特征在于，包括如下步骤：

在超导磁体完成励磁后，以单晶炉内坩埚的中心为圆心选取第一测量圆；

在所述第一测量圆上选取多个测量点，相邻所述测量点之间的距离相等；

通过测量得到每个所述测量点的径向磁场测量值与轴向磁场测量值；

基于所述径向磁场测量值调节所述坩埚中心与所述超导磁体产生磁场零磁面中心的相对位置，以使得所述坩埚中心与所述磁场零磁面中心重合；

基于所述轴向磁场测量值调节所述测量点对应位置的所述超导磁体在其轴线方向的位置，以使得所述磁场零磁面与所述坩埚内硅熔液液面平行。

12.根据权利要求11所述的超导磁体装置的调整方法，其特征在于，基于所述径向磁场测量值调节所述坩埚中心与所述超导磁体产生磁场零磁面中心的相对位置，包括：

获取所述测量点的径向磁场的标准值；

基于多个所述测量点的所述径向磁场测量值与所述标准值，确定所述第一测量圆上多个所述测量点的最小标准差值；

判断所述最小标准差值是否小于等于第一设定值；

若是，则判定所述坩埚中心与所述磁场零磁面中心重合；

若否，基于对多个所述测量点的分析来调节所述坩埚中心与所述磁场零磁面中心的相对位置。

13.根据权利要求12所述的超导磁体装置的调整方法，其特征在于，基于对多个所述测量点的分析来调节所述坩埚中心与所述磁场零磁面中心的相对位置，包括：

计算得到多个所述测量点的所述径向磁场测量值的平均值；

计算得到所述平均值与每个所述径向磁场测量值的差值；

至少获取所述差值中的最大值；

至少基于所述差值中的最大值调节所述坩埚中心与所述超导磁体中心的相对位置，以使得所述坩埚中心与所述磁场零磁面中心重合。

14.根据权利要求11所述的超导磁体装置的调整方法，其特征在于，

基于所述轴向磁场测量值调节所述测量点在所述超导磁体轴线方向的位置，以使得所述磁场零磁面与所述坩埚内硅熔液液面平行，包括：

基于对所述轴向磁场测量值的分析来调节至少一个所述测量点对应位置的所述超导磁体在其轴线方向上的位置；

通过测量得到每个所述测量点的当前轴向磁场测量值；

计算所述当前轴向磁场测量值与所述轴向磁场测量值的差值；

计算每个所述测量点对应位置的所述超导磁体在其轴线方向上的调节距离；

基于所述调节距离、所述当前轴向磁场测量值与所述轴向磁场测量值的差值计算调节后多个所述测量点的轴向磁场的均方根值；

判断所述均方根值是否小于等于第二设定值；

若是，则判定所述磁场零磁面与所述坩埚内硅熔液液面平行；

若否，则基于对所述当前轴向磁场测量值的分析来调节所述测量点对应位置的所述超导磁体在其轴线方向上的位置。

15.根据权利要求14所述的超导磁体装置的调整方法，其特征在于，基于对所述轴向磁场测量值的分析来调节至少一个所述测量点在所述超导磁体轴线方向上的位置，包括：

计算得到多个所述测量点的所述轴向磁场测量值的平均值；

计算得到所述平均值与每个所述轴向磁场测量值的差值；

至少获取所述差值中的最大值；

至少基于所述差值中的最大值来调节与其对应的所述测量点对应位置的所述超导磁体在其轴线方向上的位置。