一种蓝宝石上轴结构

摘要

本发明涉及晶体生长炉领域，旨在提供一种新型蓝宝石上轴结构。该上轴结构的称重盒的内部设有第一称重传感器、第二称重传感器和球面轴承；其中，第一称重传感器固定在称重盒的顶部，第二称重传感器的顶端接于第一称重传感器的底部，第二称重传感器的底部则通过球面轴承与籽晶杆顶端相接，籽晶杆竖直向下穿过称重盒的底部；籽晶杆的外部套设水冷轴套；上轴结构以调心平台为支撑，晶转电机通过皮带接至水冷轴套。本发明能够有效的提高上轴机构中称重信号的精度，并且能够同时满足上轴水冷要求；大大降低蓝宝石晶体生长炉的人工成本，摒弃了晶体质量的人为因素，实现了自动化程度高，操作方便，低成本的蓝宝石长晶炉。

权利要求

1.一种蓝宝石上轴结构，包括籽晶杆；其特征在于，还包括称重盒，称重盒的内部设有第一称重传感器、第二称重传感器和球面轴承；其中，第一称重传感器固定在称重盒的顶部，第二称重传感器的顶端接于第一称重传感器的底部，第二称重传感器的底部则通过球面轴承与籽晶杆顶端相接，籽晶杆竖直向下穿过称重盒的底部；

所述籽晶杆的外部套设水冷轴套且互不接触，水冷轴套的外部由上至下依次套设进出水套、固定套和波纹管；水冷轴套内部设冷却水通道，水冷轴套上开设进水口和出水口，分别与进出水套的进水腔和出水腔相对应；

所述上轴结构以调心平台为支撑，进出水套和固定套均装设于调心平台上；调心平台上还设有晶转电机，晶转电机通过皮带接至水冷轴套，固定套的中部开设缺口用于穿过皮带。

2.根据权利要求1所述的上轴结构，其特征在于，所述进出水套的上下两端分别设上部导向轴承和下部导向轴承，两个导向轴承的外侧均装有轴承压盖；进出水套的内部空腔由三个X型密封圈分隔成进水腔和出水腔，进水腔和出水腔分别设进水管接口和出水管接口。

3.根据权利要求1或2所述的上轴结构，其特征在于，所述固定套的底部由磁流体密封件实现封装。

4.根据权利要求1或2所述的上轴结构，其特征在于，所述波纹管的两端各设有法兰面，分别与固定套底部和炉室相连，波纹管内部为密闭空腔。

5.根据权利要求1或2所述的上轴结构，其特征在于，所述水冷轴套的顶端伸入至称重盒底部，并由密封件实现密封。

6.根据权利要求1或2所述的上轴结构，其特征在于，所述晶转电机的旋轴端部设第一皮带轮，所述水冷轴套上套设第二皮带轮，皮带套接在两个皮带轮上。

7.根据权利要求1或2所述的上轴结构，其特征在于，所述水冷轴套内部以套筒间隔形成内外两条相互连通的冷却水通道，且内通道与进水口相接，外通道与出水口相接。

8.根据权利要求1或2所述的上轴结构，其特征在于，所述调心平台上设有横向和纵向的两根导轨，调心平台的两端设手柄。

9.根据权利要求1或2所述的上轴结构，其特征在于，设水冷轴套的内径为D，籽晶杆的直径为d，则应满足4mm≤D-d≤10mm。

说明书

一种蓝宝石上轴结构

技术领域

[0001] 本发明专利属于晶体生长炉领域，具体涉及一种蓝宝石炉的上轴结构。

背景技术

[0002] 随着全球新能源市场的迅速发展，LED产业逐渐成为能源工业新的增长点，已经具备了赶超其他节能产业的能力，在世界范围内呈现迅猛发展之势。蓝宝石作为LED产业的基础材料，其需求逐年稳步上升。

[0003] 目前，世界上用于蓝宝石晶体生长的主流方式有以下几种：导模法、热交换法和泡生法。其中，泡生法因具备大尺寸与高质量的单晶优点已经被越来越多的采用。泡生法蓝宝石晶体生长炉内的称重机构往往是晶体生长过程中重量信号收集与反馈系统，也是整个晶体生长过程最重要的参考数据和判断依据。传统的蓝宝石所使用的称重结构，大多都采用一个或者多个大量程的传感器，并且大量程的传感器受波纹管或者水冷冲击的影响，导致晶体生长初期的称重信号波动大，无法精确测量晶体的生长情况，使晶体生长初期的自动化控制成为焦点。从而导致蓝宝石晶体生长受制于人为因素，实现不了大规模的批量性生产。

发明内容

[0004] 本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种蓝宝石上轴结构。

[0005] 为解决技术问题，本发明的解决方案如下：

[0006] 提供一种蓝宝石上轴结构，包括籽晶杆和称重盒，称重盒的内部设有第一称重传感器、第二称重传感器和球面轴承；其中，第一称重传感器固定在称重盒的顶部，第二称重传感器的顶端接于第一称重传感器的底部，第二称重传感器的底部则通过球面轴承与籽晶杆顶端相接，籽晶杆竖直向下穿过称重盒的底部；

[0007] 所述籽晶杆的外部套设水冷轴套且互不接触，水冷轴套的外部由上至下依次套设进出水套、固定套和波纹管；水冷轴套内部设冷却水通道，水冷轴套上开设进水口和出水口，分别与进出水套的进水腔和出水腔相对应(进、出水腔的设计，使得水流可与有一个缓流，减少冲击)；

[0008] 所述上轴结构以调心平台为支撑，进出水套和固定套均装设于调心平台上；调心平台上还设有晶转电机，晶转电机通过皮带接至水冷轴套，固定套的中部开设缺口用于穿过皮带。

[0009] 作为一种改进，所述进出水套的上下两端分别设上部导向轴承和下部导向轴承，两个导向轴承的外侧均装有轴承压盖；进出水套的内部空腔由三个X型密封圈分隔成进水腔和出水腔，进水腔和出水腔分别设进水管接口和出水管接口。进出水套上下两端设置的轴承可以防止出现于水冷轴卡死的现象。

[0010] 作为一种改进，所述固定套的底部由磁流体密封件实现封装。

[0011] 作为一种改进，所述波纹管的两端各设有法兰面，分别与固定套底部和炉室相连，波纹管内部为密闭空腔。

[0012] 作为一种改进，所述水冷轴套的顶端与伸入至称重盒底部，并由密封件实现密封。

[0013] 作为一种改进，所述晶转电机的旋轴端部设第一皮带轮，所述水冷轴套上套设第二皮带轮，皮带套接在两个皮带轮上。

[0014] 作为一种改进，所述水冷轴套内部以套筒间隔形成内外两条相互连通的冷却水通道，且内通道与进水口相接，外通道与出水口相接。

[0015] 作为一种改进，所述调心平台上设有横向和纵向的两根导轨，调心平台的两端设手柄。手柄用于实现调心平台前后与左右的调节，可以实现在安装初期，把籽晶杆调整到与坩埚中心，使得温度环境均匀，有利于晶体均匀生长。

[0016] 作为一种改进，设水冷轴套的内径为D，籽晶杆的直径为d，则应满足4mm≤D-d≤10mm。通过水冷轴套中的冷却水来冷却籽晶杆，增加籽晶杆在高温环境下的强度。本发明中，第一称重传感器与第二称重传感器的区别在于两者量程范围是不同的，可以相差一个数量级。例如，将第二称重传感器精度设为0.1g，将第一称重传感器精度设为1g。

[0017] 本发明中，由于长晶初期，晶体生长速度缓慢，晶体重量变化细微，已经超出了第一称重传感器的精度范围，因而单凭第一称重传感器不能有效的显示晶体生长初期的状况。然而由于长晶初期是这个晶体生长周期里最为重要的阶段，因而本发明中，特地设计了高精度的第二称重传感，从而用于提高长晶初期的称重测量准确性。且在晶转与晶升过程中，精度不受影响。两个称重传感器的数据都通过信号放大器，把称重传感器的模拟信号放大，可精确测量晶体生长初期的晶体重量。

[0018] 通过在籽晶杆的外侧应用水冷轴套，确保了称重信号不受进出水的冲击；波纹管固定在安装套上，消除了波纹管对称重信号的影响；在整个拉晶过程中，晶体的重量信号一直处于精准、平稳的状态，可以时时的反应出炉内晶体生长的实际情况，方便与监控与判断；同时，精准的称重信号，也给蓝宝石晶体的全自动生长提供了硬件基础。

[0019] 与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

[0020] 本发明能够有效的提高上轴机构中称重信号的精度，并且能够同时满足上轴水冷要求；在形成一个稳定的长晶温度梯度的条件下，准确的测出晶体生长重量，长晶初期是晶体生长最为关键的阶段，精确的测量晶体重量，将为操作人员提供准确的晶体生长信息，便于工艺的控制。本发明能大大降低蓝宝石晶体生长炉的人工成本，摒弃了晶体质量的人为因素，实现了自动化程度高，操作方便，低成本的蓝宝石长晶炉。

附图说明

[0021] 图1为本发明的结构示意图；

[0022] 图2为图1中的进出水套的结构图；

[0023] 图3为水冷轴套的结构示意图。

[0024] 图中附图标记：1第一称重传感器，2第二称重传感器，3球面轴承，4称重盒，5籽晶杆，6进出水套，7水冷轴套，8调心平台，9磁流体密封件，10波纹管，11第一皮带轮，12晶转电机，13固定套，14上部导向轴承，15X型密封圈，16进水腔，17出水腔，18下部导向轴承，19轴承压盖，20进水口，21出水口，22套筒。

具体实施方式

[0025] 下面结合附图和具体实施对本发明进一步说明：

[0026] 根据附图1—3所示，该上轴结构能够满足在蓝宝石炉拉晶过程中的晶转、真空密封、上轴水冷、精准称重等方面的要求。

[0027] 在安装方面：

[0028] 调心平台8直接安装在蓝宝石炉的提升系统上，可以跟随着提升系统一起进行升降运动；在调心平台8上面安装了进出水套6，在其下面安装了固定套13，而水冷轴套7由上至下的贯穿了进出水套6和固定套13；水冷轴套7的上面安装了称重盒4。

[0029] 在晶转方面：

[0030] 在其固定套13的中部位置开了开口，通过皮带连接着水冷轴套7与晶转电机12上的皮带轮，使得水冷轴套7能够平稳的转动，从而带动了整个上轴系统的转动。

[0031] 在真空密封方面：

[0032] 在下面固定套13里面安装了磁流体密封件9与波纹管10，并且波纹管10的下端可以直接与炉体连接，通过这两件部件，形成了一个密封的腔体；在其水冷轴套7上面安装了称重盒4，所有的零件之间都需用了O形圈密封件进行密封，创造出了密封的腔体。

[0033] 在冷却水流方面：

[0034] 在水冷轴套7靠上部分安装了进出水套6，通过进出水套6中的进水腔16与出水腔17对水冷轴套7进行通水，进水腔16与出水腔17是通过X型密封圈15进行隔开，具体水流为进水管—进水腔16—进水口20—内通道—外通道—出水口21—出水腔17—出水管，这样形成了一个单一的水流方向，使得整根水冷轴套7一直保持水冷状态。

[0035] 在称重方面：

[0036] 在称重盒4里面安装了第一称重传感器1与第二称重传感器2，两个称重传感器串联连接；在第二称重传感器2与籽晶杆5之间安装了一个球面轴承3，用于保证籽晶杆,5处于竖直状态。

[0037] 具体如下详细说明：

[0038] 本发明中的蓝宝石炉上轴结构，包括籽晶杆5和称重盒4，称重盒4的内部设有第一称重传感器1、第二称重传感器2和球面轴承3；其中，第一称重传感器1固定在称重盒4的顶部，第二称重传感器2的顶端接于第一称重传感器1的底部，第二称重传感器2的底部则通过球面轴承3与籽晶杆5的顶端相接，籽晶杆5竖直向下穿过称重盒4的底部；

[0039] 籽晶杆5的外部套设水冷轴套7且互不接触，水冷轴套7的外部由上至下依次套设进出水套6、固定套13和波纹管10；水冷轴套7内部设冷却水通道，水冷轴套7上开设进水口20和出水口21，分别与进出水套6的进水腔16和出水腔17相对应。水冷轴套7的顶端与伸入至称重盒4的底部，并由密封件实现密封。水冷轴套7的内部以套筒22间隔形成内外两条相互连通的冷却水通道，且内通道与进水口20相接，外通道与出水口21相接。设水冷轴套7的内径为D，籽晶杆5的直径为d，则应满足4mm≤D-d≤10mm。

[0040] 上轴结构以调心平台8为支撑，进出水套6和固定套13均装设于调心平台8上，调心平台8上设有横向和纵向的两根导轨，调心平台8的两端设手柄。调心平台8上还设有晶转电机12，晶转电机12通过皮带接至水冷轴套7，固定套13的中部开设缺口用于穿过皮带。具体为：晶转电机12的旋轴端部设第一皮带轮11，水冷轴套7上套设第二皮带轮，皮带套接在两个皮带轮上。当晶转电机12运转时，通过皮带带动水冷轴套7的转动。

[0041] 进出水套6的上下两端分别设上部导向轴承14和下部导向轴承18，两个导向轴承的外侧均装有轴承压盖19；进出水套6的内部空腔由三个X型密封圈15分隔成进水腔16和出水腔17，进水腔16和出水腔17分别设进水管接口和出水管接口。

[0042] 波纹管10的两端各设有法兰面，分别与固定套13底部和炉室相连，波纹管10内部为密闭空腔。固定套13的底部由磁流体密封件9实现封装。