[发明专利]区熔单晶炉下轴运动机构

说明书

技术领域

本发明是关于非金属晶体的制造设备，特别涉及一种区熔单晶炉的下轴运动机构。

背景技术

硅材料是现代信息社会的基础，它不仅是光伏发电等产业的主要功能材料，也是半导体产业，特别是电力电子器件的基础材料。区熔法（FZ）生产单晶硅是区别于直拉炉（CZ）的一种新型的单晶生长方法，它利用高频感应加热线圈将高纯度的多晶料局部融化，熔区依靠熔硅的表面张力和加热线圈提供的磁托浮力而处于悬浮状态，然后从熔区的下方利用籽晶将熔硅拉制成单晶。由于没有坩埚污染，区熔炉生长的单晶硅纯度高，均匀性好，低微缺陷。特别是随着国家对能源、交通、大规模集成电路等影响国民经济发展的瓶颈行业的支持，对大电流的电力电子器件需要越来越大，要求也越来越高，要求硅单晶向大直径、大投料量、高纯度、高均匀性方向发展。

由于区熔法生长单晶硅的熔区的特殊性，硅单晶的籽晶引晶、晶体生长和旋转运动均由下轴系统提供，使得区熔单晶炉对下轴旋转升降的稳定性要求很高，下轴的轻微震动都可能对硅单晶质量造成影响，甚至造成溢流而损坏设备。特别是随着拉制的单晶尺寸变大，区熔直径变大，对下轴运动的要求更高。由于区熔炉下轴运动机构运动较为复杂，而且对稳定性要求较高，普通直拉单晶炉坩埚轴或者相类似的结构不能满足区熔单晶炉生长的要求。文献1（陈应斗.Fz115型区熔炉的设计和特点.北京：有色金属，1997,4:11-14）中公开了一种区熔炉下传动机构，针对的是生产3-4英寸区熔单晶的小型区熔炉，其下轴行程只有1.3米，内、外轴升降运动分别由单独的丝杆和托盘驱动。在区熔单晶生长的等径过程中，内、外轴需同步升降和旋转，该机构内外轴同步性只能靠两组独立运动的丝杆的同步性保证，易出现因意外造成内外轴升降不同步而导致熔区坍塌的情况。特别是随着6-8英寸大直径区熔单晶炉的发展，外轴行程的加长，该机构中内外轴的同心度及稳定性也难以保证。针对6-8英寸的大直径区熔单晶炉的下轴机构尚未有见报道，实有必要开发一种用于区熔单晶炉的下轴运动机构。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术中的不足，提供一种采用内、外轴联动的形式，可实现外轴的旋转和升降运动、内轴的升降运动和与外轴同步的旋转运动的区熔单晶炉下轴运动机构。为解决上述技术问题，本发明的解决方案是：

提供一种区熔单晶炉下轴运动机构，包括外轴，所述下轴运动机构还包括支撑框、驱动丝杆、丝杆驱动电机、驱动托盘、花键轴、花键轴驱动电机、外轴旋转皮带轮组、外轴轴承、轴承仓组件和轴承仓旋转皮带轮组；

所述支撑框上端和下端分别设有支撑顶板和支撑底板，支撑框顶板和支撑底板之间设有驱动丝杆、花键轴和导向光轴，支撑顶板上设有丝杆定位套，所述驱动丝杆与支撑底板下端固定的丝杆驱动电机连接，所述花键轴与固定在支撑框上端侧面的花键轴驱动电机连接；在支撑框内部设有驱动托盘，驱动丝杆、花键轴和导向光轴分别贯穿驱动托盘，外轴下端连接驱动托盘；所述花键轴分为外轴旋转花键轴和内轴升降花键轴，外轴旋转花键轴通过外轴旋转皮带轮组带动外轴旋转；

所述外轴旋转皮带轮组和外轴轴承之间设有外轴轴承定位套，在外轴轴承下端设有轴承压板，轴承压板固定在驱动托盘上；支撑顶板与下炉室连接处设有轴承仓组件，所述轴承仓组件与外轴旋转花键轴之间通过轴承仓旋转皮带轮组实现连接。

作为进一步的改进，所述外轴是空心圆轴，外轴下端内置内轴传动组件，包括内轴升降皮带轮组、内轴丝杆、内轴轴承、内轴支撑套、外轴旋转套、内轴支撑套固定板和内轴传动轴；所述外轴旋转套与外轴下端内侧固定，在外轴旋转套内设有内轴支撑套，内轴支撑套通过内轴支撑套固定板与驱动托盘实现固定，内轴丝杆内置在内轴支撑套内，内轴丝杆与内轴轴承连接，所述内轴升降花键轴与内轴丝杆之间通过内轴升降皮带轮组实现连接，内轴传动轴贯穿于内轴支撑套，且下端与内轴丝杆固定，内轴传动轴上端与内轴下端连接。

作为进一步的改进，所述外轴旋转套与外轴之间设有密封件，外轴旋转套与内轴支撑套之间设有密封件与耐磨件，在内轴传动轴与内轴支撑套之间还设有密封件和耐磨件。

作为进一步的改进，所述内轴轴承之间设有内轴轴承轴套，内轴升降皮带轮组下端设有皮带轮端盖板，在外轴上端内与内轴之间还设有内轴定位套。

作为进一步的改进，所述内轴传动轴上端通过万向轴承连接轴、万向轴承与内轴下端实现连接。

作为进一步的改进，所述驱动丝杆和花键轴各有两根，导向光轴有四根，且相互之间平行安装。