SU774351A1 - Печь дл отжига крупногабаритных монокристаллов - Google Patents

Abstract

ПЕЧЬ ДЛЯ ОТЖГА КРУПНОГАБАРИТНЫХ МОНОКРИСТАЛЛОВ, содержапш  камеру отжига, образованную нагревательными элементами, выполненными в виде профилированных пластин с фигурными вырезами на противоположной теплоотдающей поверхности стороне, токоподвод щее устройство, электроды, устройство дл  предварительного нагрева и футеровку, отличающа с   тем, что, с целью снижени  температуры на электродах и ynpomerfHH конструкции нагревательных элементов , токоподвод щее устройство вьтолнено в виде профилированных пластин с двусторонними фигурными вырезами из материала с большей, чем у материала (Л нагревательных элементов, электргопроводностью .

Description

Изобретение относитс  к электротермии и может быть Hcnojib3OBaHo в светооптической технике при производстве монокристаллов из высокоогнеупорных материалов, например монокристаллов из окиси алюмини . Изобретение мохет быть использована также во многих других област х техники , где требуетс  обеспечение обжига при температурах до в окислительной среде любых высокоогнеупорных материалов.

Известна печь, содержаща  высокотемпературный диркониевый нагреватель в виде полой трубки неравномерного сечени  по длине. Нагреватель

ный элемент помещен в теплоизол цион4 ную керамическую камеру, где между

СО циркониевым нагревателем и стенками

ел камеры расположены нагреватели дл  предварительного разогрева, которые, извлекаютс , когда циркониева  труба становитс  электропроводной. Дл  подачи электрического тока к тордам трубки используютс  тугоплавкие платиновые проводники и пластинки, которые креп тс  к нагревателю.

Однако нагревательный элемент установлен только вертикально, а объекты термообработки расположены внутри нагревательного элемента, следствием чего  вл етс  необходимость об зательного пуска и остановки печи при каждом единичном обжиге. Печь имеет малый объем рабочего высокотемпературного пространства и малую надежность в работе. Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату  вл етс  печь дл  отжига крупногабаритных монокристаллов, содержаща  камеру отжига, образованную нагревательными элементами, вьтолненными в виде профилированных пластин с фигурными вырезами на противоположной теплоотдаю ей поверхности стороне , токоподвод щее устройство, эле троды, устройство дл  предварительного нагрева и футеровку. Недостатком известной печи  вл етс  сложность конструкции нагревательных элементов, обусловленна  раз мещением токоподвод щего платинового устройства в теле нагревател , а так же высока  температура на токоподвод щих электродах, что приводит к необходимости выполн ть их из платины Цель изобретени  - снижение температуры на токоподвод щих электродах и упрощение конструкции нагревательных элементов. Это достигаетс  тем, что в печи |цл  отжига крупногабаритных моно ристаллов токоподвод щее устройство вьтолнено в виде профилированных пла тин с двусторонними фигурными вырезами из материала с большей, чем у материала нагревательных элементов, электропроводностью. Ка фиг,1 изображена предлагаема  печь, поперечный разрез; на фиг.2 общий вид и разрез боковой пластины нагревательного элемента; на фиг.З общий вид и разрез токоподвод щей пластины. , Высокотемпературное изотермическое рабочее пространство печи 1 образовано поверхност ми 2 излучени  нагревательного элемента и поверхностью 3 пода печи, на которой расп лагаютс  .объекты обжига. Составной нагревательный элемент образован бо ковыми пластинами 4, расположенными с обеих сторон рабочего пространст .ва печи 1, и сводовыми пластинами 5 перекрывающими изотермическое рабочее пространство печи 1. Боковые пластины 4 нагревательного элемента .имеют приэлектродные вырезки 6 пр м угольной формы-И фигурные вырезки или отверсти  7 дл  обеспечени  концентрации электрического т.ока у рабочих поверхностей 2 излучени . Свободные пластины 5 с одной поверхностью 2 излучени  расположены на боковых пластинах 4 нагревательного элемента и имеют ребра жесткости 8, образованные фигурными вырезками или отверсти ми 9, предназначенными дл  отжати  электрического тока к поверхности излучени  2 свободных пластин 3. Составной нагревательный элемент приэлектродными участками боковых пластин 4 установлен на токоподвод щие пластины 10, предназначенные дл  подвода электрического тока .к нагревателю и снижени  температуры в направлении к токоподвод щим электродам 11. Дл  увеличени  охлаждени  токоподвод щих пластин 10 они имеют специальные фигурные вырезки 12 по плоскост м пластин 1C и стыковочные вырезки 13 дл  соединени  со сменными промежуточными блоками 14 из стабилизированной двуокиси циркони  повышенной электропроводности. Нагревательный элемент с токоподвод щими пластинами 10, промежуточными блоками 14 и токоподвод вше электроды 11 размещены в высокоогнеупорной футеровке 15 со специальными гнездами дл  размещени  электронагревателей 16-устройства предварительного нагрева, которое по тепловому полю обхватывает весь электронагреватель в сборе. Боковые пластины 4 электронагревател  имеют специальные элементы 17 креплени , представл ющие собой периферийные уменьшенного сечени  участки пластин 4, по которым не протекает электрический ток. Это достигнуто благодар  наличию фигурных вырезок 18 в теле пластины 4. Боковые пластины электронагревател  установлены поверхностью 19 на токоподвод щие пластины 10 таким образом, что рабочие излy taющиe поверхности 2 образуют изотермическое пространство печи I, Электрический ток концентрируетс  у поверхности 2 (благодар  наличию приэлектродных вырезок 6 и охлаждающих вырезок или отверстий 7, выполненных на глубину до уровн  приэлектродного участка ) . Така  конструкци  пластин нагревател  позвол ет йолучать на условно . холодной поверхности 20 пластин. s сравнительно небольшие температуры, которые существенно отличаютс  от ра Рочих температур (2ПОО-21ООС) на поверхности . излучени . Боковые пла тины 4 нагревательного элемента уста новлены вертикально и от горизонталь ных перемещений ограничены элементам 17 креплени , располагающимис  в пазах футеровки 15. Свободные пластины 5 устанавливаютс  на торцовые поверх ности 21 боковых пластин 4, электропитание которых обеспечиваетс  от то коподвод щих пластин 10 с переходных поверхностей 22, Токоподвод щие пластины 10 имеют охлаждающие вырезки 12, которые расположены с двух сторон пластины определенным образом позвол юпшм сосредоточить электричес кий ток на осевой плоскости 23 пластины 10 с выходом на контактирующую переходную поверхность 22 и поверхности стыковочных вырезок 13 в местах соединени  с промежуточными блок ми 14 (см,фиг,1), Выделение токоподвод щих элементов в самосто тельные блоки в виде комбинации пластин с различной электропроводностью позвол ет использовать неплатиновые материалы дл  токоподводов к нагреватель ным элементам из двуокиси циркони . Печь работает следующим образом, Камеру с размеи1енными в ней монокристаллами и нагревательный элемент в сборе с токоподвод щими блоками предварительно нагревают до 90-ПОО при помощи устройства дл  предварительного нагрева, В результате разогрева печи керамика нагревательного элемента из стабилизированной двуоки си циркони  становитс  достаточно . электропроводной. После этого включают систему электропитани  высокотемпературного нагревательного элемен та и на Токоподвод щие электроды 1.1 подают переменное напр жение 380 В, При прохождении электрического тока в нагревательном элементе и токоподводах происходит преобразование элек трической энергии в тепловую и разогрев нагревательного элемента, причем те участки нагревательного элемента , где проходит ток наибольшей величины, разогреваютс  до более высоких температур. Электрический ток, проход  от од ного токоподвод щего электрода 11 к другому по пути наименьшего электросопротивлени , т,е, по наиболее нагр тым зонам, при помощи вырезок концентрируетс  преимущественно около поверхности 2 излучени  нагревател , ограничивающей рабочую камеру, Приэлектродные участки боковьк пластин А нагревател  своим расположением и уменьтенной площадью сечени  обеспечивают концентрацию тока на поверхности 2 излучени . Дополнительна  концентраци  электрического тока на поверхности излучени  боковых и .сводовых пластин 4 и 5 нагревательного элемента достигаетс  продольными вырезками 6,  вл ющимис  дополнительным сопротивлением на пути электрического тока. Вследствие неравномерного распределени  электрического тока по сечению нагревательного элемента происходит перераспределение, температур в теле нагревател . Причем минимальные температуры развиваютс  у холодной поверхности 20,  вл ющейс  практически непровод щей электрргческий ток, а максимальные температуры - у поверхности 2 излучени , которые характеризуютс  больпюй степенью равномерности температуры. Благодар  этому рабоча  камера печи имеет строго изотермические сводовую и боковые поверхности, что обеспечивает равномерность всего температурного пол  при сн тии .напр жений в монокристаллах в процессе их отжига. Наход сь при различных температурах, конйтрукционные элементы нагревател  позвол ют выдерживать большие механические нагрузки и устранить ползучесть нагревательного элемента. Дальнейший подъем и регулирование температуры рабочей поверхности осуществл ют изменением величины протекающего электрического тока в заданном режиме работы. Снижение максимальной рабочей температуры в направлении от нагревательного элемента к токоподвод щим электродам 22 осуществл ют на токоподвод щих пластинах 10, вьптолненньгх из материала с повышенной электропроводностью . При одинаковой величине протекаюп;его тока сопротивление токопровод щкх пластин 10 с увеличенным эффективным сечением постепенно уменьшаетс  в направлении от нагревател  к электродам 1 1 , что обест печивает выделение меньших мощноетей .и следовательно, снижение температуры . Вьшолненные двусторонние фигурные вырезки на токоподвод щих 77Д351.8 пластинах 10 дополнительно снижают температуру в направлении к токоподвед щим электродам 11,

фи.г.1

f9 (М)

Г

-€5-(МММЗ-

фиг.

АА

-21

Ф Ф Ф

Тл

-

в-.б

12

/ Фиг.д

Claims (1)

1. ПЕЧЬ ДЛЯ ОТЖИГА КРУПНОГАБАРИТНЫХ МОНОКРИСТАЛЛОВ, содержащая камеру отжига, образованную нагревательными элементами, выполненными в виде профилированных пластин с фигурными вырезами на противоположной теплоотдающей поверхности стороне, токоподводящее устройство, электроды, устройство для предварительного нагрева и футеровку, отличающаяс я тем, что, с целью снижения температуры на электродах и упрощения конструкции нагревательных элементов, токоподводящее устройство выполнено в виде профилированных пластин с двусторонними фигурными вырезами из q материала с большей, чем у материала нагревательных элементов, электропроводностью.