單晶爐的傳動軸的製作方法

2023-05-21 17:13:46

專利名稱：單晶爐的傳動軸的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種高溫爐，具體地說是一種單晶爐，特別是涉及一種單晶爐的傳動軸。
背景技術：
單晶爐是一種在惰性氣體環境中，用石墨加熱器將多晶矽等多晶材料熔化，用直拉法生長無錯位單晶的設備。單晶爐拉制單晶矽棒時，盛裝多晶矽塊等原料的石英坩堝放入位於堝託之上的石墨或C/C坩堝內，在保護性氣氛中加熱熔化(爐內最高溫度高達1600°C左右)，調控到工藝溫度後，籽晶經導流筒插入熔融多晶矽液中引晶，坩堝放在堝託上由其下的傳動軸帶動一同旋轉，同時，籽晶也逆向旋轉並向上提升，使多晶矽液按籽晶的 矽原子排列順序結晶凝固成單晶矽棒。在單晶矽棒拉制過程中，傳動軸位於爐體底部，起著承載坩堝及其盛裝的原料和傳遞動力的作用。目前，單晶爐傳動軸通常採用石墨材料製作，為便於將單晶爐傳動軸固定在動力系統的錐形座內，在生產加工時，往往在傳動軸的中心開有通孔，安裝時，緊固螺栓從通孔中放入並擰進動力系統的錐形座的螺紋孔中，將單晶爐傳動軸緊固在動力系統的錐形座上，使單晶爐傳動軸在工作時與動力系統的錐形座始終保持相對靜止的狀態。由於石墨力學性能較差，遭外力碰撞易損傷，所以加工時耗材較多；同時石墨材料製成的傳動軸的軸壁相對較厚，通孔內徑小，一般小於25 mm，而石墨材料導熱性能較好，爐中熱量易通過傳動軸傳遞到爐外，增加能耗，導致企業生產成本增加。若在通孔內填充保溫材料，則可起到減少熱量損失的作用，但因孔小，放不了多少保溫材料，且操作也不大方便，工作中基本上沒有放保溫材料，這樣就形成一個通道，熱量易於散失。碳/碳複合材料是一種將碳纖維製成的網胎與網胎、或碳布與碳布、或網胎與碳布複合，再經過增密、碳化和石墨化處理而成的碳/碳複合材料，具有高比強度、高比模量、耐高溫、耐燒蝕、熱膨脹係數小、耐急冷急熱而不變形不開裂且兼具一定的保溫效果等優良性能，特別適應於高溫領域，現已成為或將逐步成為航空航天、冶金、新能源等領域的重要基礎材料之一，是石墨製品的理想替代品。
發明內容本實用新型的目的是提供一種保溫性能好的單晶爐的傳動軸。本實用新型是採用如下技術方案實現其發明目的的，一種單晶爐的傳動軸，它包括軸體，軸體內設有通孔，所述的軸體包括軸體與爐內坩堝連接部分和軸體與爐外動力連接部分，軸體與爐內坩堝連接部分採用石墨材料製成，軸體與爐外動力連接部分採用碳/碳複合材料製成。本實用新型所述的軸體與爐內坩堝連接部分和軸體與爐外動力連接部分為螺紋連接或榫卯連接。本實用新型為了便於填充保溫材料，所述軸體的外徑為70 mm 150 mm,軸體與爐外動力連接部分的通孔的直徑為40 mm 100 mm。本實用新型為了便於通孔內的保溫材料在高溫下產生的氣體逸出，所述的軸體上設有與通孔相通的通氣孔。由於採用上述技術 方案，本實用新型較好的實現了發明目的，產品結構簡單，碳/碳複合材料大大提高了產品的力學性能，減少了單晶爐的熱量損耗，能耗降低了 3 % 10%，同時，產品採用上下兩段結構，降低了生產成本。

圖I是本實用新型實施例I的結構示意圖；圖2是本實用新型實施例2的結構示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖及實施例對本實用新型作進一步說明。實施例I :由圖I可知，一種單晶爐的傳動軸，它包括軸體1，軸體I內設有通孔2，所述的軸體I包括軸體與爐內坩堝連接部分4和軸體與爐外動力連接部分5，軸體與爐內坩堝連接部分4採用石墨材料製成，軸體與爐外動力連接部分5採用碳/碳複合材料製成。本實用新型所述軸體與爐內坩堝連接部分4和軸體與爐外動力連接部分5為螺紋連接或榫卯連接(本實施例為螺紋連接)，螺紋旋向與傳動軸工作時的旋轉方向相反。本實用新型所述軸體I的長為660 mm 900 mm (本實施例為810 mm)，外徑為70 mm 150 mm (本實施例為90 mm)，其中軸體與爐外動力連接部分5段的長度為625 mm,軸體與爐外動力連接部分5段的通孔2的直徑為40 mm 100 mm(本實施例為58 mm)。本實用新型由於軸體與爐外動力連接部分5採用碳/碳複合材料，因此，軸體與爐外動力連接部分5段的通孔2的直徑與使用石墨材料相比，可以做得大一些，以便於填充保溫材料。本實用新型為了便於通孔2內的保溫材料(本實施例填充的為軟碳氈)在高溫下產生的氣體逸出，所述的軸體I上設有與通孔2連通的氣孔3。一種如上所述單晶爐的傳動軸的生產方法，它包括以下步驟(1)制坯:①軸體與爐內坩堝連接部分4的製作按傳統工藝生產製作石墨材料的軸體與爐內坩堝連接部分4 ；②軸體與爐外動力連接部分5的製作將由碳纖維製成的網胎與碳布通過針刺複合製成表觀密度為O. 3g/ cm 3 O. 6g/ cm 3 (本實施例為O. 5g/ cm 3)的軸體與爐外動力連接部分5預製體；⑵增密將步驟⑴所得的軸體與爐外動力連接部分5預製體按傳統工藝經化學氣相滲透和/或化學氣相沉積和/或液體浸潰增密，將其密度逐步增加並經石墨化處理，製成表觀密度為I. Og/ cm 3 I. 8g/ cm 3 (本實施例為I. 49g/ cm 3)軸體與爐外動力連接部分5坯體；⑶機加工將步驟⑵所得的軸體與爐外動力連接部分5坯體機加工成所需的形狀和尺寸，即得碳/碳複合材料的軸體與爐外動力連接部分5 ；⑷組合安裝將步驟⑶所得碳/碳複合材料的軸體與爐外動力連接部分5和步驟⑴所得石墨材料的軸體與爐內坩堝連接部分4採用螺紋連接或榫卯連接(本實施例為螺紋連接)成傳動軸成品，連接前，先將保溫材料(本實施例為軟碳氈)填充在軸體與爐外動力連接部分5的通孔2內；(5)純化將步驟⑷所得的傳動軸成品放入高溫爐中，在真空條件下加熱除雜,純化溫度為1600°C 2600°C (本實施例為2000°C)，保溫時間為2h 5h (本實施例為3h)。本實用新型使用時，軸體I通過緊固件安裝固定在動力系統的錐形 座內，坩堝放在堝託上，由其下的軸體I帶動堝託旋轉，從而帶動坩堝一同旋轉。本實用新型採用的碳/碳複合材料大大提高了產品的力學性能，同時碳/碳複合材料的導熱性能較石墨材料差，且通孔2內填充的保溫材料減少了熱量損失，單晶爐的能耗降低了 3 % 10 %，減少了企業生產成本。實施例2 由圖2可知，本實用新型所述軸體與爐內坩堝連接部分4和軸體與爐外動力連接部分5為榫卯連接。本實用新型為了提高牢固性，所述的軸體與爐內坩堝連接部分4和軸體與爐外動力連接部分5的連接處設有銷釘6。餘同實施例I。
權利要求1.一種單晶爐的傳動軸，它包括軸體(1)，軸體(I)內設有通孔(2)，其特徵是所述的軸體(I)包括軸體與爐內坩堝連接部分(4)和軸體與爐外動力連接部分(5)，軸體與爐內坩堝連接部分(4)採用石墨材料製成，軸體與爐外動力連接部分(5)採用碳/碳複合材料製成。
2.根據權利要求I所述的單晶爐的傳動軸，其特徵是軸體與爐內坩堝連接部分(4)和軸體與爐外動力連接部分(5)為螺紋連接或榫卯連接。
3.根據權利要求I或2所述的單晶爐的傳動軸，其特徵是所述軸體(I)的外徑為70mm 150 mm，軸體與爐外動力連接部分(5)的通孔2的直徑為40 mm 100 mm。
4.根據權利要求I或2所述的單晶爐的傳動軸，其特徵是所述的軸體(I)上設有與通孔(2)相通的通氣孔(3)。
5.根據權利要求3所述的單晶爐的傳動軸，其特徵是所述的軸體(I)上設有與通孔(2)相通的通氣孔(3)。·
專利摘要本實用新型公開了一種保溫性能好的單晶爐的傳動軸，它包括軸體(1)，軸體(1)內設有通孔(2)，所述的軸體(1)包括軸體與爐內坩堝連接部分(4)和軸體與爐外動力連接部分(5)，軸體與爐內坩堝連接部分(4)採用石墨材料製成，其特徵是軸體與爐外動力連接部分(5)採用碳/碳複合材料製成，本實用新型產品結構簡單，碳/碳複合材料大大提高了產品的力學性能，減少了單晶爐的熱量損耗，能耗降低了3﹪～10﹪，同時，產品採用上下兩段結構，降低了生產成本。
文檔編號F16C3/02GK202500885SQ20122014213
公開日2012年10月24日 申請日期2012年4月6日 優先權日2012年4月6日
發明者廖寄喬, 李軍, 王躍軍, 邰衛平, 龔玉良 申請人:湖南金博複合材料科技有限公司