CN2630773Y - 熔体物性测试用熔化炉 - Google Patents

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徐岳生
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郎益谦
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Abstract

本实用新型涉及一种熔体物性测试用熔化炉，包括炉盖1、炉体2、热电偶8、电极9和加热器5，其特征在于所述的加热器5采用高纯石墨材料做加热元件；所述的炉盖1和炉体2均为双层不锈钢水冷结构，且炉体2与炉盖1之间以及其所有与外部设备连接的接口部分都建立密封连接。该熔化炉具有密封好，炉温高，熔化时间短，使用寿命长，可加磁场，适用范围广等优点。

Description

熔体物性测试用熔化炉
技术领域
本实用新型涉及一种熔体物性测试用熔化炉，具体说是对可熔化金属、半导体、氧化物或磁性材料等熔体进行物性测试研究用的高温快速熔化炉，国际专利分类号拟为Int.C17.F27B 14/06。
背景技术
光电子技术和微电子技术是构成当代信息产业(IT)的两大支柱。二者的基础材料，大部分都要制备成单晶体并加工成晶片以后，才能制造出光电子和微电子器件芯片。随着信息产业的发展，上述人工晶体都在向着高纯度、高完整性、高均匀性和大直径的方向发展。因此，晶体生长理论与生长工艺技术的研究，已成为制备上述基础材料的关键。又由于这类晶体材料，大都是从高温熔体中制备出单晶的，因此对环境相(熔体为浓厚环境相)，熔体结构及物性的研究至关重要。
目前市场上已有黑色金属、有色金属的熔体物性测试用熔化炉。这种熔化炉一般都用硅钼(SiMo)棒作加热元件，加热温度最高只可达1500℃，并且要达到该温度的加热熔化时间长达6-8小时。长时间的加热过程，一方面浪费了大量宝贵的科研时间；另一方面加热元件硅钼棒的使用寿命本身不高，一般不超过10炉就需要更换新的硅钼棒，更增加了科研的时间和成本。更为重要的是，如果需要更高的熔化温度，目前使用的熔化炉根本无法实现。另外，目前的熔化炉炉体无密封，会使被加热的熔体易于氧化，熔体中的一些元素也易挥发，不能应用于防止氧化物体的测试，并且无密封的炉内测试环境容易受到外界环境的污染，同样会影响测试精度和准确性。
另外，由于晶体材料正向大直径方向发展，而大投料大熔体中存在着无规则的热对流。这种热对流要严重影响晶体的质量和尺寸，甚至破坏晶体的生长。为了抑制这种热对流，在大直径晶体生长时，要向熔体所在的空间引入磁场，而目前使用的熔化炉没有磁场，无法研究在磁场空间内的熔体结构与物性对大直径人工晶体生长的影响问题，也即限制了需要在磁场条件下对熔体物性的研究。
实用新型内容
针对现有技术的不足，本实用新型主要解决的技术问题是提供一种新型熔体物性测试用熔化炉。该熔化炉具有密封好，炉温高，熔化时间短，使用寿命长，可加磁场，适用范围广等优点。
本实用新型解决所述技术问题的技术方案是：设计一种熔体物性测试用熔化炉，包括炉盖1、炉体2、热电偶8、电极9和加热器5，其特征在于所述的加热器5采用高纯石墨材料做加热元件；所述的炉盖1和炉体2均为双层不锈钢水冷结构，且炉体2与炉盖1之间以及其所有与外部设备连接的接口部分都建立密封连接。
本实用新型熔化炉采用分析纯石墨作加热器5的加热元件，一方面可以提高加热温度(最高可达2200℃)，缩短升温时间，另一方面可提高加热器使用寿命，进而提高熔化炉的工作效率。试验表明，本实用新型达标温度升温时间可由原来的6-8小时大幅缩短到目前的30-40分钟，只是现有技术的1/12；试验还表明，在炉内最高温度达2200℃的情况下，石墨加热元件的正常使用时间可达一年，使用寿命大为提高。又由于本实用新型炉体、炉盖以及其与外部设备接口处都做了严格密封，因此可使熔体能在需要的真空或微正压保护气氛环境下进行物性测试研究，扩大了熔化炉的适用范围，同时也避免了熔体材料的氧化，大大减少了熔体中各种元素的挥发(对半导体材料尤为重要)和熔化过程中的外来污染，也适应了高纯石墨加热元件工作防氧化的要求。本实用新型还独特设计了炉体外永久磁体磁圈，向熔体空间引入可调永磁磁场，适应了在磁场条件下对熔体物性研究的需要；另一方面本实用新型永磁磁场的设计与电磁场比较，无需为维持磁场强度而必须消耗的水和电，节省能源，使研究成本进一步减低。
附图说明
图1为本实用新型熔体物性测试用熔化炉炉体一种实施例的主体结构示意图；
图2为本实用新型熔体物性测试用熔化炉与外部设备连接关系的一种实施例示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及其附图进一步叙述本实用新型：
本实用新型熔体物性测试用熔化炉(以下简称熔化炉)一种实施例的主体结构(参见图1)包括炉盖1、炉体2、热电偶8、电极9和加热器5，其特征在于所述的加热器5采用高纯石墨材料做加热元件；所述的炉盖1和炉体2均为双层不锈钢水冷结构，且炉体2与炉盖1之间以及其所有与外部设备连接的接口部分都建立密封连接。加热器5采用高纯(分析纯)石墨材料作加热元件，具有升温快，温度高，寿命长的优点。加热器5外部和炉体2内壁间填充公知的保温材料4，可形成良好的保温条件。炉体2中的热电偶8与炉体外的温控系统12相连以控制炉室温度。电极9与加热器5用螺钉7连接。
本实用新型熔化炉的特征还在于所述的炉体2和炉盖1均为双层不锈钢水冷结构设计，即炉体2为双层不锈钢水冷炉壁，炉盖1也为双层不锈钢水冷炉盖，并可直接配装包括水泵10、水箱11以及相应管路、阀门、仪表组成的强制水冷系统(参见图2)。所述的强制水冷系统为公知技术。水冷系统设两套分水器，用于进水和回水，可保证炉体2在高温下不过热。同样道理，所述的电极9也配有强制冷却的水冷系统。该强制水冷系统并接在所述的炉体强制水冷系统上，或者说所述炉体2与电极9的强制水冷系统一并设计。炉体2与外部连接的水泵10、水箱11、真空泵15、及伸入炉体2内热电偶8的各个结合处，均采取了公知的有效的密封措施，如密封垫等。
本实用新型熔化炉的进一步特征设计是在所述的炉体2外壁加装有与之尺寸匹配的永磁材料制造的磁圈3，磁圈3与磁圈驱动蜗轮蜗杆副6连接。所述的磁圈3为内外双层结构(参见图1)。磁圈3的内圈与炉体2固定在一起；而其外圈在磁圈驱动蜗轮蜗杆副6的驱动下可做相对于磁圈3内圈的旋转运动，以调节炉体2内的磁场强度。磁场强度范围为0-2700高斯，并且连续可调。这种结构和功能的磁圈3为市售产品。这种设计可满足研究磁场强弱对熔体物性影响的要求。
本实用新型熔化炉的工作过程是：熔化炉由380伏电源经变压器14、整流器13给电极9提供直流电源，令与电极9连接的加热器5工作发热，进而使炉体2内升温。炉体2内温度可以由炉体外的温控系统12控制。炉体2内的最高温度可达2200℃，完全可以满足测定半导体物性参数的需要。由于本实用新型不仅对炉体2用保温材料4良好保温，而且炉体2与外部连接设备的接口处也都作了严格密封，由室温达到2200℃温度的加热时间最少可缩短到30-40分钟，只是现有技术的1/12。
由于良好的密封，本实用新型进一步特征是所述的在炉盖1处接入可将炉体2内抽真空的真空泵15，利用该真空泵15可将炉体2内抽真空，真空度可达到2×10-3乇。并且可向炉体2内充入微正压(略大于1atm)的保护气体，如高纯氩气或氮气等。这种设计可以防止对熔体的氧化，对半导体材料本身特性的研究尤其重要。炉体底部配有真空开关，可用以检测充入惰性保护气体后的微正压状态，也可使流动气体处于负压状态。
本实用新型熔化炉的进一步特征在于炉盖1上有可向炉体2内接入测试熔体物性仪器或设备传感器的接口。利用该接口可方便地连接各种测试熔体物性所需的仪器或设备，并通过炉盖1向炉体2接入各种测试熔体物性仪器或设备的传感器，例如熔体粘度计等。
下面给出本实用新型熔化炉的应用具体实施例：
实施例1：
2002年11月某日，在北京仪表机床厂进行实验，考查本实用新型熔化炉的最高炉温和升温情况。实施过程为：首先做好抽真空，接通水冷系统等准备工作；通电后，用40分钟时间可升温至2200℃；磁场可由零调至2700高斯，保持状态6小时，断电降至常温。熔化炉工作正常。
实施例2：
2002年11月的另1天，在同一地点，用30分钟时间就可由室温升温至2200℃。余同实施例1。
实施例3：
2002年12月某日，在北京仪表机床厂进行实验，考查本实用新型熔化炉熔化半导体材料的能力。被实验熔化的材料为硅，材料量为直径φ30毫米，高5 0毫米的圆柱体。实施过程为：通电后，用30分钟的时间升温至1500℃(硅熔点为1420℃)，磁场由零调至2700高斯，保持状态6小时，断电降至常温.实验后检查，硅柱完全被熔化，填满坩埚，熔化炉状态正常.余同实施例1。
实施例4：
2002年12月另一日，在山东大学进行实验，考查本实用新型熔化炉与测熔体粘度系统连接后测粘度情况。实施过程为：通电后，约用30分钟的时间升温至1550℃，保温1小时后，磁场强度为零，在此状态下测得硅熔体粘度为0.8厘泊，然后降温至1450℃，保温1小时后，磁场强度为零，在此状态下测得硅熔体粘度为0.8厘泊，断电降至常温。熔化炉及测试系统状态均正常.余同实施例3。

Claims (3)

1.一种熔体物性测试用熔化炉，包括炉盖(1)、炉体(2)、热电偶(8)、电极(9)和加热器(5)，其特征在于所述的加热器(5)采用高纯石墨材料做加热元件；所述的炉盖(1)和炉体(2)均为双层不锈钢水冷结构，且炉体(2)与炉盖(1)之间以及其所有与外部设备连接的接口部分都建立密封连接。
2.根据权利要求1所述的熔体物性测试用熔化炉，其特征在于所述的炉体(2)外壁加装有与之尺寸匹配的永磁材料制造的磁圈(3)，磁圈(3)与磁圈驱动蜗轮蜗杆副(6)连接。
3.根据权利要求1或2所述的熔体物性测试用熔化炉，其特征在于炉盖(1)上有可向炉体(2)内接入测试熔体物性仪器或设备传感器的接口。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN103743241A (zh) * 2014-01-16 2014-04-23 东南大学 一种新型高温高压电加热炉
CN108570535A (zh) * 2018-05-25 2018-09-25 河北工业职业技术学院 一种不锈钢真空条件下吹氮气合金化的实验设备和方法
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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