Печь для отжига крупногабаритных монокристаллов

 

ПЕЧЬ ДЛЯ ОТЖГА КРУПНОГАБАРИТНЫХ МОНОКРИСТАЛЛОВ, содержапшя 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 ynpomerfHH конструкции нагревательных элементов , токоподводящее устройство вьтолнено в виде профилированных пластин с двусторонними фигурными вырезами из материала с большей, чем у материала (Л нагревательных элементов, электргопроводностью .

COOS СОВЕТСНИХ

NgWI

РЕСПУБЛИК

774351 А1 (51) 5 1 27 D 11/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

IlO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ - -

ПРИ ГННТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) ?409094/33 (22) ?4.09.76 (46) 07,03.91. Вюл. Ф (71) Восточный научно-исследовательский и проектный институт огнеупорной промищленности (72) А.<ь,Наурин, Ю.С.Торопов, Д.С.Рутман, Г.А.Таксис и С,Ю.Плинер (53) 621,365.3.4(088.8) (56) Патент С!1 .А " 3155759, кл.13-?5, оп бл. 1964, Antony А,!1, ets. "Flements chauffants en zircone в аЬ .lisee soumis

ades countraintes thermioues impor° h

tantes", 8ci. Ceramic Proc., 7

Tnt Couf., v.7, Pari.s, 1973, 137-147.

Изобретение относится к электротермии и может бить использовано в светооптической технике при производстве монокристаллов иэ високоогнеупорних материалов, например монокристаллов из окиси алюминия, Изобретение может быть использована также во многих других областях техники где требуется обеспечение обжиЭ о га при температурах до 2100 С в окислительной среде любих високоогнеупорных материалов.

Известна печь, содержащая высокотемпературный циркониевый нагреватель в виде полой трубки неравномерного сечения по длине. Нагреватель2 (54) (У/) ПЕЧЬ ДЛЯ. ОТИлГА КРУПНОГАВА

РИТНЫХ 1 .РНОКРИСТАЛЛОВ, содержащая камеру отжига, образованную нагревательными элементами, виполненными в виде профилированных пластин с фигурными вырезами на противоположной теплоотдающей поверхности стороне, токоподводящее устройство, электроды, устройство для предварительного нагрева и футеровку, о т л и ч а ю щ а яс я тем, что, с целью снижения тем— ператури на электродах и упрощения конструкции нагревательных элементов, токоподводящее устройство выполнено в виде профилированных пластин с двусторонними фигурными вырезами иэ материала с большей, чем у материала ф нагревательних элементов, электр опроводностью, ний элемент помещен в теплоизоляционную керамическую камеру, где между циркониевим нагревателем и стенками камеры расположены нагреватели для предварительного разогрева, которые извлекаются, когда циркониевая труба становится электропроводной. Для подачи электрическогo тока к торцам трубки используются тугоплавкие плаTHHoBble проводники и пластинки, которие крепятся к нагревателю.

Однако нагревательный элемент установлен только вертикально, а объекты термообработки. расположены внутри нагревательного элемента, следствием чего является необходимость обязатель774351 ного пуска и остановки печи при каждом единичном обжиге. Печь имеет ма« лый объем рабочего высокотемпературного пространства и малую надежность в работе.

Наиболее близкой по технйческой сущности и достигаемому результату является печь для отжига крупногаба" ритных 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.

Недостатком известной печи является сложность конструкции нагревательных элементов, обусловленная раз мещением токоподводящего платинового устройства в теле нагревателя, а также высокая температура на токоподводящих электродах, что приводит к не- 25 обходимости выполнять их из платины.

Цель изобретения — снижение температуры на токоподводящих электродах и упрощение конструкции нагревательных элементов.

Это достигается тем, что в печи для отжига крупногабаритных моно ристаллов токоподводящее устройство выполнено в виде профилированных пластин с двусторонними фигурными вырезами из материала с большей, чем у материала нагревательных элементов, электропроводностью, На фиг,1 изображена предлагаемая печь, поперечный разрез; на фиг.2 — . общий вид и разрез боковой пластины нагревательного элемента; на фиг.3— общий вид и разрез токоподводящей пластины. . ВысокотемпеРатУРное изотермичес- 45 кое рабочее пространство печи 1 образовано поверхностями 2 излучения нагревательного элемента и поверхностью 3 пода печи, на которой располагаются объекгы обжига. Составной нагревательный элемент образован боковыми пластинами 4, расположенными с обеих сторон рабочего пространства печи 1, и сводовыми пластинами 5, перекрывающими изотермическое рабочее пространство печи I. Боковые пластины 4 нагревательного элемента .имеют призлектродные вырезки 6 прямоугольной формы.и фигурные вырезки или отверстия 7 для обеспечения концентрации электрического тока у рабо1 чих поверхностей ? излучения. Свободные пластины 5 с одной поверхностью .2 излучения расположены на боковых пластинах 4 нагревательного элемента и имеют ребра жесткости 8, образованные фигурными вырезками или отверстиями 9, предназначенными для отжатия электрического тока к поверхности излучения 2 свободных пластин 5.

Составной нагревательный элемент приэлектродными участками боковых пластин 4 установлен на токоподводящие пластины 10, предназначенные для подвода электрического тока .к нагреватели и снижения температуры в направлении к токоподводящим электродам

11. Для увеличения охлаждения токоподводящих пластин 10 они имеют специальные фигурные вырезки 12 по плоскостям пластин 10 и стыковочные вырезки

13 для соединения со сменными промежуточными блоками 14 из стабилизированной двуокиси циркоиия повышенной электропроводности, Нагревательный элемент с токоподводящими пластинами 10, промежуточными блоками 14 и токоподводящие электроды 11 размещены в высокоогнеупорной футеровке 15 со специальными гнездами для размещения электронагревателей 16 устройства предварительного нагрева, которое по тепловому полю обхватывает весь электронагреватель в сборе, Боковые пластины 4 электронагревателя имеют специальные элементы 17 крепления, представляющие собой периферийные уменьшенного сечения участки пластин 4, по которым не протекает электрический ток, Это достигнуто благодаря наличию фигурных вырезок 18 в теле пластины 4. Боковые пластины электронагревателя установлены поверхностьи

19 на токоподводящие пластины 10 таким образом, что рабочие излуЧающие поверхности 2 образуют изотермическое пространство печи I, Электрический ток концентрируется у поверхности 2 (благодаря наличию приэлектродных вырезок 6 и охлаждающих вырезок или отверстий 7, выполненных на глу-. бину до уровня приэлектродного участка). Такая конструкция пластин нагревателя позволяет получать на условно ."холодной" поверхности 20 пластин

774351 сравнительно небольшие температуры, которые существенно отличаются от ðàбочих температур (?000-2100 С) на поверхности 2 излучения, Боковые пластины 4 нагревательного элемента уста5 новлены вертикально и от горизонтальных перемещений ограничены элементами

17 крепления, располагающимися в пазах футеровки 15. Свободные пластины 10

5 устанавливаются на торцовые поверх— ности ?.1 боковых пластин 4, электропитание которых обеспечивается от токоподводящих пластин 10 с переходных поверхностей ?2, Токоподводящие пластины 10 имеют охлаждающие вырезки 12, которые расположены с двух сторон пластины определенным образом, позволяющим сосредоточить электричес- кий ток на осевой плоскости 23 плас- 20 тины 10 с выходом на контактирующую переходную поверхность 22 и поверхности стыковочных вырезок 13 в местах соединения с промежуточными блоками 14 (см.фиг,l) ° Выделение токоподводящих элементов в самостоятельные блоки в виде комбинации пластин с различной электропроводностью позволяет использовать Hpèëàòèíoâûå материалы для токоподводов к нагревательным элементам из двуокиси циркония °

Печь работает следующим образом.

Камеру с размещенными в ней монокристаллами и нагревательный элемент в сборе с токоподнодящими блоками предварительно нагревают до 90-1100 С

35 при помощи устройства для предварительного нагрева. В результате разогрева печи керамика нагревательного элемента из стабилизированной двуоки- 4О си циркония становится достаточно электропроводной, После этого включают систему электропитания высоко-: температурногонагревательного элемен- . та и на токоподводящие электроды 1.1

45 подают переменное напряжение 380 В.

При прохождении электрического тока в нагревательном элементе и токоподводах происходит преобразование электрической энергии в тепловую и разогрев нагревательного элемента, причем те участки нагревательного элемента, где проходит ток наибольшей величины, разогреваются до более высоких температур, Электрический ток, проходя от од55 ного токоподводящего электрода ll к другому по пути наименьшего электросопротивления, т.е. по наиболее нагретым зонам, при помощи вырезок концентрируется преимущественно около поверхности ? излучения нагревателя, ограничивающей рабочую камеру, Приэлектродные участки боковых пластин 4 нагревателя своим расположением и уменьшенной площадью сечения обеспечивают концентрацию тока на поверхности 2 излучения, Дополнительная концентрация электрического тока на поверхности излучения боковых и сводовых пластин 4 и 5 нагревательного элемента достигается продольными вырезками 6, являющимися дополнительным сопротивлением на пути электрического тока.

Вследствие неравномерного распределения электрического тока по сечению нагревательного элемента происходит перераспределение температур в теле нагревателя. Причем минимальные температуры развиваются у "холодной" поверхности 20, являющейся практически непроводящей электрический ток, а максимальные температуры — у поверхности ? излучения, которые характеризуются большой степенью равномерности температуры, Благодаря этому рабочая камера печи имеет строгo изотермические сводовую и боковые поверхности„ что обеспечивает равномерность всего температурного поля при снятии .напряжений в монокристаллах в процессе их отжига, Находясь при различных температурах, конструкционные элементы нагревателя позво— ляют выдерживать большие механические нагрузки и устранить полэучесть нагревательного элемента. Дальнейший подъем и регулирование температуры рабочей поверхности осуществляют изменением величины протекающего электрического тока в заданном режиме работы, Снижение максимальной рабочей температуры в направлении от нагревательного элемента к токоподводящим электродам 22 осуществляют на токоподводящих пластинах 10, выполненных из материала с повышенной электропроводностью. При одинаковой величине протекающего тока сопротивление токопроводящих пластин 10 с увеличенным эффективным сечением постепенно уменьшается в направлении от нагревателя к электродам 11 что обеспечивает выделение меньших мощнос\

714351 тей,и, следовательно, снижение температуры. Выполненные двусторонние фигурные вырезки на токоподводящих ! пластинах 10 дополнительно снижают температуру в направлении к токоподводящим электродам 11, 774351

Корректор М.Иаксимишинец

Редактор О,Филиппова

Техред JI,Îëèéíûê

Заказ 1057 Тираж 390 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ CQ

113035; МоскВа, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Óærîðoä, ул. Гагарина,101