CN216274359U - Cvd设备支撑轴动密封结构及cvd设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种CVD设备支撑轴动密封结构及CVD设备，其中CVD设备支撑轴动密封结构包括：支架；水冷套，立式地安装在CVD设备的炉门下端；密封部，安装在水冷套的下端，该密封部包括自润滑密封件；其中，密封部用于坩埚支撑轴的导引密封，水冷套的套管用于坩埚支撑轴穿过而进入CVD设备的真空腔室。基于本实用新型的CVD设备支撑轴动密封结构能够有效适应CVD设备工作环境。

Description

CVD设备支撑轴动密封结构及CVD设备

技术领域

本实用新型涉及一种CVD设备支撑轴动密封结构，本实用新型还涉及一种该CVD支撑轴动密封结构所应用于的CVD设备，其中CVD为Chemical Vapor Deposition的缩略语，即化学气相沉积。

背景技术

随着新材料产业的大发展，如石墨烯、氮化镓、碳化硅等材料，其在应用端已经十分成熟，可应用于显示、激光投影、照明、电工电子、宇航和航天等领域，但随着科技进步对功能材料及功能部件提出更高的性能要求。同时对材料的结构和合成条件要求更为苛刻，如生长速率、温场分布、真空或气氛环境等材料生长工艺参数。如垂直布里奇曼设备（一种CVD设备）不仅需要预定的高真空环境（前期），同时需要2000℃高温下高纯气体（工艺气体）的低正压（0.6~0.7MPa）环境（作业状态），诸如此类条件的生长设备会不断增多，但可以实现的成熟设计方案相对较少，远远落后于相关工艺的发展，因此，对于生长设备需要不断的创新和开发。

目前，例如前文提到的垂直布里奇曼设备，其所配安瓿（一种石墨坩埚，区别于医用安瓿）支撑轴有既能升降又能绕自身轴线旋转的要求，且反应腔室需要先抽到预定的高真空环境然后再将高纯工艺气体充到反应腔室使其达到低正压（0.6~0.7MPa），同时安瓿需要达到2000℃的高温。如何实现安瓿支撑轴的升降和旋转运动且能够支撑低正压环境，针对该情况，使用较为常见的磁流体等无法实现，业内目前尚无找到有效解决措施。

发明内容

有鉴于在，在本实用新型的实施例中，提供了一种能够有效适应CVD设备工作环境的CVD设备支撑轴动密封结构，在本实用新型的实施例中，还提供了一种配有该CVD设备支撑轴动密封结构的CVD设备。

在本实用新型的实施例中，第一个方面提供了一种CVD设备支撑轴动密封结构，包括：

支架；

水冷套，立式地安装在CVD设备的炉门下端；

密封部，安装在水冷套的下端，该密封部包括自润滑密封件；

其中，密封部用于坩埚支撑轴的导引密封，水冷套的套管用于坩埚支撑轴穿过而进入CVD设备的真空腔室。

可选地，所述自润滑密封件为聚四氟乙烯或改性聚四氟乙烯密封件。

可选地，所述自润滑密封件包括用于与水冷套连接的骨架，以及装设在骨架上的由聚四氟乙烯或改性聚四氟乙烯构造的密封环，而形成骨架轴封。

可选地，所述密封部为复合密封部，该复合密封部还进一步包括迷宫密封部；

迷宫密封部位于自润滑密封件的上侧。

可选地，迷宫密封部或者自润滑密封件各自为单级或两级密封。

基于本实用新型的第二个方面，提供了一种CVD设备，该CVD设备包括第一个方面的CVD设备支撑轴动密封结构；所述CVD设备还包括：

真空腔室，安装在所述支架上，下端与所述密封部连接；

坩埚，位于真空腔室内，承持在所述坩埚支撑轴的上端；

工作气配气系统，配装于所述真空腔室；

抽真空设备，配装于所述真空腔室；

旋转机构，输出连接所述坩埚支撑轴，以驱动坩埚支撑轴旋转；

升降机构，升降机构的升降部件作为旋转机构的安装基体，借以驱动坩埚支撑轴升降；

其中，坩埚支撑轴为水冷管轴。

可选地，所述升降机构为丝母丝杠机构，该丝母丝杠机构的丝杠螺母拖动一拖板；

所述旋转机构安装在所述拖板上。

可选地，为所述拖板在丝母丝杠机构的丝杠两侧各配置一个导引副；

拖板自丝杠螺母侧相对于丝母丝杠机构向外悬伸，拖板下表面具有支撑加强板。

可选地，所述导引副为：

第一结构：导杆导套副；

第二结构：燕尾槽导轨副。

可选地，导引副与升降机构分居于丝杠两侧。

在本实用新型的实施例中，一方面通过水冷套以对坩埚支撑轴进行冷却，另一方面，坩埚支撑轴与水冷套配合的部分采用自润滑密封件进行密封。在此条件下，由于不必提供对温度敏感性的润滑剂，因而对相对较高的工作温度具有较好的适应性，同时，水冷配合自润滑可以提供相对可靠的动密封效果，避免自润滑密封件性质变劣，因此对CVD设备的的工作环境有比较好的适应性。

附图说明

图1为一实施例中CVD设备结构示意图（相应于CVD设备支撑轴动密封结构的主视图）。

图2为一实施例中CVD设备支撑轴动密封结构左视结构示意图。

图3为图2的A-A剖视图。

图中：1.拖板，2.座部，3.旋转电机，4.光轴，5.密封部，6.水冷套，7.法兰，8.真空腔室，9.坩埚，10.坩埚支撑轴，11.升降电机，12.丝母丝杠机构，13.机架，14.丝杠螺母，15.导引副，16.丝杠，17.轴承，18.轴封，19.一级密封，20.二次密封，21.连接端盖，22.水腔，23.内腔，24.轴承，25.轴承座。

具体实施方式

图1~3所示结构适用于立式的CVD设备，可以理解的是，对于所涉及的自润滑密封件在配合了水冷部分的情况下，也适用于卧式CVD设备。

在本实用新型的实施例中，坩埚支撑轴10具有两个基本运动，其一是绕自身轴线的旋转运动，另一则是在其轴向的移动，为了描述方便，在本实用新型的实施例中，统一将坩埚支撑轴10在其轴向的运动称为升降运动，而不区分为立式还是卧式，在此说明下，本领域的技术人员应有清楚的理解。

此外，为了清晰展示例如CVD设备，而省略了CVD设备上与坩埚支撑轴10旋转和升降无关的部分，对于例如真空腔室8，其通常固定设置在支架（图中未示出）上，其固定方式对于本实用新型的理解、实现无关，因此将其省略。

另需说明的是，对于真空腔室8而言，在CVD设备作业状态下，真空腔室8内要充入工作气体，其内实质为微正压（工作压力一般低于1MPa），但本领域通常以真空腔室8来命名，而非发明人的定义，且真空腔室8的术语概念本身并不会致使本领域的技术人员产生误解。

在本实用新型的实施例中，CVD设备支撑轴动密封结构，包括密封总成（密封部5）本身以及辅助结构，包括用以实现可靠密封的水冷部分，例如水冷套6，相应地，水冷套6配有水冷循环系统，图中未示出，但不影响本领域技术人员的理解，同时，水冷循环系统属于机械领域的一般配置，对其具体配置不再赘述。

关于水冷套6，其既是密封的辅助结构，也是密封部件，在于水冷套具备一定的长度，长度意味着流阻，如同迷宫密封，通过弯管效应和界面大小实现非接触密封。因此，水冷套6也可以理解成密封的组成部分，但偏重于辅助。

关于CVD设备支撑动密封结构的支架，表示为一个抽象的结构体，应知，在机械领域，支架往往也是抽象体，除非单独对支架做出改进，否则会被认为是设备中相对静定的结构体。例如图1和3中所示的机架13，其构成支架的一部分。

对于水冷套6，其立式地安装在CVD设备的炉门下端，其与例如炉门间的装配，可以采用法兰连接，由于是静密封，密封相对容易，且自身具有冷却能力，密封可以采用普通的橡胶密封圈进行密封，或者适用于工作温度相对较高的例如填料密封进行密封，对此不再赘述。

水冷套6的套管用于坩埚支撑轴10的导入，水冷套6的上端与坩埚支撑轴10的配合尽可能的采用支撑性的配合，而不必考虑密封的严密性，或者说对上支撑的密封级别要求相对较低，侧重于支撑，而非密封；因此，该支撑性配合需要考虑导引的可靠性。进而，也可以采用自润滑密封件，或者带有例如聚四氟乙烯涂层的铁质密封环、石墨密封环等。

需要说明的是，石墨密封环也属于自润滑密封环，石墨本身具有良好的润滑性能，但自身损耗相对较快，因此如果采用石墨密封环，要定期更换自润滑密封环。

另外，对于石墨密封环而言，其耐高温性能良好，其熔点高达3652 至 3697 ℃（纯度不同会有所不同），即便是不对其进行冷却，仍然具有良好的使用可靠性。

如前所述，关于密封部，优选自润滑密封件，关于自润滑密封件，实质多选自固体润滑剂，如前述的石墨，比较常见的还有氟化石墨、二氧化钼、氮化硼、氮化硅、聚甲醛、聚四氟乙烯、改性剂四氟乙烯等，在本实用新型的实施例中优选化学性质稳定，且摩擦系数较小的聚四氟乙烯或者改性聚四氟乙烯。

如果水冷套6的上端需要对坩埚支撑轴10提供独立的导引，可以采用石墨环或者表面具有聚四氟乙烯涂层的铁环。对于位于水冷套6下端的密封部，则以自润滑密封件提供主润滑和密封，且优选为聚四氟乙烯或改性聚四氟乙烯密封件。

聚四氟乙烯具有非常广泛的应用，比如人们日常生活中所用的不粘锅，其涂层材料即为聚四氟乙烯。并且其具有良好的化学惰性，在防腐技术领域也有比较广泛的应用，俗称铁氟龙。

通过以上的描述可知，坩埚支撑轴10通过水冷套6例如上行或下行，经过冷却后，对密封件的损伤较小，即便是真空腔室8内温度较高，通过水冷的保护，仍具有良好的工作适应性。

在一些实施例中，例如聚四氟乙烯密封件被配置成骨架轴封，形成如图3中所示的轴封18，以利于动密封结构的装配。

关于骨架轴封，属于机械密封领域的常见密封件结构，一般以例如铁环为基体，在铁环内附着密封材料制成的密封件，对此不再赘述。

在优选的实施例中，所述密封部为复合密封部，该复合密封部还进一步包括迷宫密封部。

迷宫密封部为非接触式密封，因此，其材质选择相对更广，在非接触式密封进行初步隔离后，自润滑密封件的选材范围也会相对较广，即热影响变弱，对于工作温度相对较低的自润滑密封件也可使用，例如尼龙材质的自润滑密封件。

因此，考虑到迷宫密封部的初步隔离作用，迷宫密封部位于自润滑密封件的上侧。

在优选的实施例中，为了提高整体的密封性能，迷宫密封部或者自润滑密封件各自为单级或两级密封，如图3中所示的一级密封和二级密封可以都采用迷宫密封，这两级密封都在轴封18的上侧，而起到更好的热隔离作用，从而提高自润滑密封件的选材范围。

进一步地，关于CVD设备，配有前述的CVD设备支撑轴动密封结构；对于CVD设备的其它构成，如真空腔室，以及配属于真空腔室的抽真空系统、工作气配气系统，属于其常规配置，在此不再赘述。

关于坩埚支撑轴10所承持的坩埚9也是本领域的一般配置，在此不再赘述。

与密封部5相关的是与坩埚支撑轴10的运动形式有关的旋转机构和升降机构，使得坩埚支撑轴10具有升降和绕自身轴线的旋转运动。

其中，旋转机构，例如由图3中所示的旋转电机3通过减速机构或减速器驱动的光轴4，光轴4构成坩埚支撑轴10的一部分，或者与坩埚支撑轴10组配为一根轴。

光轴4主要用于与密封部5配合，对其有比较高的表面精度要求，在优选的实施例中，其表面精度需要达到Ra1.6，或者更高。

由于对光轴4有独立的要求，因此，在图3例示的结构中，独立的标识出光轴4。

光轴4和坩埚支撑轴10均为空心轴，或者说管轴，管轴内可以通冷却液，从而进一步降低对密封部5的热影响。

升降机构则是旋转机构的载体，具体是，升降机构的升降部件作为旋转机构的安装基体，借以驱动坩埚支撑轴10升降。

关于所述升降机构优选精度比较高的丝母丝杠机构12，在一些实施例中还可以采用液压缸，液压缸相对精度不高，但驱动非常平稳。

加以对应的，当采用精度比较高的该丝母丝杠机构12时，其所配丝杠螺母拖动一拖板1；所述旋转机构安装在所述拖板1上。

为了提高采用丝母丝杠机构时的驱动平稳性，为所述拖板1在丝母丝杠机12构的丝杠两侧各配置一个导引副15。

为了避免运动干涉，拖板1自丝杠螺母14侧相对于丝母丝杠机构12向外悬伸，拖板1下表面具有支撑加强板。

在一些实施例中，关于所述导引副15可以选择导杆导套副，也可以选择燕尾槽导轨副。

为了平衡载荷，减轻附加载荷对丝杠16的负面影响，导引副15与升降机构分居于丝杠16两侧。

Claims (10)

1.一种CVD设备支撑轴动密封结构，其特征在于，包括：

支架；

水冷套，立式地安装在CVD设备的炉门下端；

密封部，安装在水冷套的下端，该密封部包括自润滑密封件；

其中，密封部用于坩埚支撑轴的导引密封，水冷套的套管用于坩埚支撑轴穿过而进入CVD设备的真空腔室。

2.根据权利要求1所述的CVD设备支撑轴动密封结构，其特征在于，所述自润滑密封件为聚四氟乙烯或改性聚四氟乙烯密封件。

3.根据权利要求2所述的CVD设备支撑轴动密封结构，其特征在于，所述自润滑密封件包括用于与水冷套连接的骨架，以及装设在骨架上的由聚四氟乙烯或改性聚四氟乙烯构造的密封环，而形成骨架轴封。

4.根据权利要求2或3所述的CVD设备支撑轴动密封结构，其特征在于，所述密封部为复合密封部，该复合密封部还进一步包括迷宫密封部；

迷宫密封部位于自润滑密封件的上侧。

5.根据权利要求4所述的CVD设备支撑轴动密封结构，其特征在于，迷宫密封部或者自润滑密封件各自为单级或两级密封。

6.一种CVD设备，其特征在于，包括如权利要求1~5任一所述的CVD设备支撑轴动密封结构；所述CVD设备还包括：

真空腔室，安装在所述支架上，下端与所述密封部连接；

坩埚，位于真空腔室内，承持在所述坩埚支撑轴的上端；

工作气配气系统，配装于所述真空腔室；

抽真空设备，配装于所述真空腔室；

旋转机构，输出连接所述坩埚支撑轴，以驱动坩埚支撑轴旋转；

升降机构，升降机构的升降部件作为旋转机构的安装基体，借以驱动坩埚支撑轴升降；

其中，坩埚支撑轴为水冷管轴。

7.根据权利要求6所述的CVD设备，其特征在于，所述升降机构为丝母丝杠机构，该丝母丝杠机构的丝杠螺母拖动一拖板；

所述旋转机构安装在所述拖板上。

8.根据权利要求7所述的CVD设备，其特征在于，为所述拖板在丝母丝杠机构的丝杠两侧各配置一个导引副；

拖板自丝杠螺母侧相对于丝母丝杠机构向外悬伸，拖板下表面具有支撑加强板。

9.根据权利要求8所述的CVD设备，其特征在于，所述导引副为：

第一结构：导杆导套副；

第二结构：燕尾槽导轨副。

10.根据权利要求8或9所述的CVD设备，其特征在于，导引副与升降机构分居于丝杠两侧。

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