專利名稱：鍺單晶熱壓形變裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于中子散射技術(shù)，具體涉及一種制備鍺垂直聚焦中子單色器所用的 鍺單晶的熱壓形變裝置。
背景技術(shù)：
鍺晶體垂直聚焦中子單色器是中子散射譜儀的核心部件之一，在垂直方向的 實(shí)空間聚焦效果可以成倍提高在中子散射譜儀樣品位置處的單色中子束強(qiáng)度，并 且?guī)缀醪粫绊懼凶由⑸涞姆直?，在提高反?yīng)堆中子源和中子譜儀的利用效率方 面是一種經(jīng)濟(jì)且效果明顯的技術(shù)手段。鍺晶體垂直聚焦中子單色器需要使用各向 異性的鍺嵌鑲晶體，它在散射平面的嵌鑲寬度大，并且側(cè)向均勻分布，以匹配入 射束在散射平面的發(fā)散獲得足夠的積分強(qiáng)度，在與散射平面垂直的平面內(nèi)，晶體 的嵌鑲寬度小并且側(cè)向均勻分布，以提高垂直方向的實(shí)空間聚焦效果。以一種受 控的和可重復(fù)的方式生產(chǎn)各向異性鍺嵌鑲晶體對于制造聚焦中子單色器是極端 重要的。在文獻(xiàn)Neutron Research 2 (1994) 85與Nucl. Instr. and Meth. A 338， pp. 71-77, 1994中，美國BNL(Brookhaven National Laboratory)實(shí)驗(yàn)室首先 提出鍺薄片熱壓工藝，并成功制造第一臺鍺晶體垂直聚焦中子單色器。對鍺單晶 片的熱壓成形過程包括形變、焊接、切割等過程。鍺單晶片的形變操作是在一個(gè) 專用的真空熱壓爐中進(jìn)行的，工作溫度是87(TC，略低于鍺的熔點(diǎn)(937.4°C)。 每個(gè)鍺單晶片依次完成正面彎壓一展平一反面彎壓一展平一最后陶瓷展平五個(gè)步驟。完成形變操作后就可以進(jìn)行焊接和切割操作。文獻(xiàn)所公開的鍺單晶熱壓形 變裝置的主體為一個(gè)真空熱壓爐，真空熱壓爐的爐口朝上，固定安裝在操作臺上。 放置鍺單晶的多個(gè)工位呈圓周布置，依次自動放置到真空熱壓爐的爐膛內(nèi)進(jìn)行熱 壓形變。這種鍺單晶熱壓形變裝置雖然對真空熱壓爐的要求不高，但為了保持一 定的真空度，使得真空系統(tǒng)、壓力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)變得較為復(fù)雜，同時(shí)，生產(chǎn)效率較低。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明將針對現(xiàn)有技術(shù)中鍺單晶熱壓形變裝置設(shè)計(jì)較復(fù)雜，工效較低的問 題，提供一種具備循環(huán)作業(yè)能力且采用半自動化操控方式以提高工效的鍺單晶熱 壓形變裝置。一種鍺單晶熱壓形變裝置，包括加熱和控溫系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、壓力系統(tǒng)等幾 部分。其中加熱和控溫系統(tǒng)由真空熱壓爐和監(jiān)測爐膛溫度的熱電偶組成；真空系 統(tǒng)由石英鐘罩、真空泵以及連接石英鐘罩與真空泵的管路組成；壓力系統(tǒng)是通過 氣缸驅(qū)動推桿，同放置在石英鐘罩內(nèi)的下模具相連，關(guān)鍵在于，所述的真空熱壓 爐的爐口朝下，底部固定在沿滑軌運(yùn)動的傳動裝置上，所述的真空系統(tǒng)、壓力系 統(tǒng)固定在操作平臺上。所述真空熱壓爐與工位的布置既可以是在一條直線上，也可沿圓周布置。操作時(shí)，真空熱壓爐沿滑軌移動，選擇已經(jīng)裝片完畢、抽真空的石英鐘罩， 完成行走、定位、落下、鎖緊等動作，罩住石英鐘罩加熱鍺單晶。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所提供的鍺單晶熱壓形變裝置的運(yùn)動對象發(fā)生了改 變，由爐口朝下的真空熱壓爐作相對于工位的運(yùn)動，從而使得真空系統(tǒng)、壓力系 統(tǒng)的設(shè)計(jì)變得比較簡單，通過石英鐘罩倒扣在操作工作臺上即可提供熱壓工件時(shí) 所需要的真空環(huán)境。同時(shí)，由于運(yùn)動部件減少，使得輔助設(shè)備特別是一些管路的 設(shè)計(jì)變得簡單，從而使得工效有較大幅度提高。


圖l鍺單晶熱壓形變裝置布置示意圖； 圖2真空熱壓爐結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3壓力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提出一種新型的鍺單晶熱壓形變裝置，該裝置簡化了真空系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，能較大幅度提高工效。下面將結(jié)合附圖l、 2、 3對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)地闡述。一種鍺單晶熱壓形變裝置，主要包括加熱和控溫系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、壓力系統(tǒng)。加熱和控溫系統(tǒng)由真空熱壓爐8和監(jiān)測爐膛溫度的熱電偶組成。真空熱壓爐 8的爐口朝下，底部固定在沿滑軌1運(yùn)動的傳動裝置2上。其爐壁12為鋼結(jié)構(gòu)， 內(nèi)層設(shè)置保溫層13，并沿圓周布置電爐絲14、熱電偶。真空熱壓爐8最高溫度 為950"C，正常工作溫度為87CTC，通過熱電偶監(jiān)測并顯示爐膛和模具的溫度。 電爐絲14的功率應(yīng)該保證模具的升溫速度為870°C/50分鐘 870'C/30分鐘， 本實(shí)施例選取87(TC/40分鐘。同時(shí)，真空熱壓爐8設(shè)計(jì)為開啟式或爐子專用一 個(gè)冷卻工位，以保證在30 40分鐘內(nèi)爐膛的溫度能快速從87(TC快速降到300 °C。另外，爐內(nèi)恒溫區(qū)保證在裝載工件的初始狀態(tài)下整個(gè)模具所占據(jù)的區(qū)域內(nèi)溫 度均勻，溫度精度為士5'C。真空系統(tǒng)由石英鐘罩7、真空泵4組成，石英鐘罩7與真空泵4通過真空閥 11相連。本實(shí)施例使用4個(gè)石英鐘罩7，它們以倒扣的方式直接放置在設(shè)有水冷 夾套的操作平臺9的真空水冷法蘭21里，不需要使用鎖定裝置，因此這種真空 密封方法大大簡化了真空系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。石英鐘罩7由高純度的石英水晶材料制 成，為保證高溫狀態(tài)抽取并保持罩內(nèi)真空，罩壁要有足夠的厚度和強(qiáng)度承受高溫、 負(fù)壓。同時(shí)，有合理的加熱空間保證均溫區(qū)的溫度均勻性。石英鐘罩7分別處于 加熱、冷卻、取料/裝料工作狀態(tài)，輪流循環(huán)、連續(xù)作業(yè)。每個(gè)石英鐘罩7內(nèi)放置1套模具。每套模具由上模、下模組成，分別是上平 模具15、下平模具16，以及上彎模具19、下彎模具20。其中上平模具15、上 彎模具19通過2根上平模具固定桿17固定在真空水冷法蘭21上，模具壓力裝 置10由下模具構(gòu)成，其中下平模具16、下彎模具20與下平模具推桿18相連， 下平模具推桿18通過手動調(diào)節(jié)閥6與氣缸5相連，由氣缸5推動下平模具推桿 18上下移動。上平模具15、下平模具16表面平整度為20/zm。上彎模具19為 凸模具，由凸起的圓柱面體和平底座組成，圓柱面弧對應(yīng)的弦長為8cm，弦高為 2.07cm，柱面高為8cm;下彎模具20為凹模具，凹下去的圓柱面部分，其半徑、 弦長、弦高和柱面高度與凸模具相同，以便可以與上模具19相互緊密吻合。壓 力測量由安裝在4根下模具推桿上的壓力傳感器和控制儀表分別控制，壓力范圍 為1 6N/cm2。使用時(shí)，在第一個(gè)工位上，將待加工的鍺單晶送入模具中，蓋上石英鐘罩7， 對石英鐘罩7抽真空。通過控制傳動裝置2移動真空熱壓爐8完成行走、定位、 落下、鎖緊等動作，待石英鐘罩7進(jìn)入爐膛后，爐子開始加熱，將石英鐘罩7中 的鍺單晶和模具加熱至87(TC。然后啟動施壓系統(tǒng)，對工件施加壓力并保持一段 時(shí)間后，切斷電爐電源，爐子被移到專用的冷卻工位上，打開風(fēng)機(jī)使?fàn)t膛快速降 溫。與此同時(shí)，第一工位上的工件在保壓狀態(tài)下開始空冷降溫過程，從而完成一 次熱壓形變過程。在四個(gè)工位上依次按照以上操作步驟循環(huán)作業(yè)可以最大化的提 高生產(chǎn)效率。在本實(shí)施例中，真空熱壓爐8與工位的布置是在一條直線上。也可根據(jù)實(shí)際 要求，工位呈圓周布置，工位上方的真空熱壓爐8的運(yùn)行軌跡也呈圓周狀。本發(fā)明所提供的技術(shù)方案不僅可以用于鍺單晶的熱壓形變，還可用于其他單 晶的熱壓形變。顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進(jìn)行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明 的精神和范圍。這樣，假若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等 同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種鍺單晶熱壓形變裝置，包括加熱和控溫系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、壓力系統(tǒng)等幾部分，其中加熱和控溫系統(tǒng)由真空熱壓爐(8)和監(jiān)測爐膛溫度的熱電偶組成；真空系統(tǒng)由石英鐘罩(7)、真空泵(4)以及連接石英鐘罩(7)與真空泵(4)的管路組成；壓力系統(tǒng)是通過氣缸(5)驅(qū)動推桿，同放置在石英鐘罩(7)內(nèi)的下模具相連，關(guān)鍵在于，所述的真空熱壓爐(8)的爐口朝下，底部固定在沿滑軌(1)運(yùn)動的傳動裝置(2)上，所述的真空系統(tǒng)、壓力系統(tǒng)固定在操作平臺(9)上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鍺單晶熱壓形變裝置，其特征在于所述真空熱 壓爐(8)與工位的布置既可以是在一條直線上，也可沿圓周布置。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鍺單晶熱壓形變裝置，其特征在于真空熱 壓爐(8)設(shè)計(jì)為開啟式或爐子專用一個(gè)冷卻工位。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鍺單晶熱壓形變裝置，其特征在于真空熱 壓爐(8)所用的電爐絲(14)的功率應(yīng)該保證模具的升溫速度為87CTC/50分鐘 870°C/30分鐘。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鍺單晶熱壓形變裝置，其特征在于真空熱 壓爐(8)爐內(nèi)的恒溫區(qū)保證在裝載工件的初始狀態(tài)下整個(gè)模具所占據(jù)的區(qū)域內(nèi) 溫度均勻，溫度精度為士5'C。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鍺單晶熱壓形變裝置，其特征在于所述的石英鐘罩(7)直接放置在設(shè)有水冷夾套的操作平臺(9)的真空水冷法蘭(21)里。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鍺單晶熱壓形變裝置，其特征在于所述的上平 模具(15)、上彎模具(19)通過上平模具固定桿(17)固定在真空水冷法蘭(21)上； 下平模具(16)、下彎模具(20)與下平模具推桿(18)相連，下平模具推桿(18) 通過手動調(diào)節(jié)閥(6)與氣缸(5)相連。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種制備鍺單晶的熱壓形變裝置。該裝置包括加熱和控溫系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、壓力系統(tǒng)等幾部分。其中加熱和控溫系統(tǒng)由真空熱壓爐和監(jiān)測爐膛溫度的熱電偶組成；真空系統(tǒng)由石英鐘罩、真空泵以及連接石英鐘罩與真空泵的管路組成；壓力系統(tǒng)是通過氣缸驅(qū)動推桿，同放置在石英鐘罩內(nèi)的下模具相連，其中真空熱壓爐的爐口朝下，底部固定在沿滑軌運(yùn)動的傳動裝置上；真空系統(tǒng)、壓力系統(tǒng)固定在操作平臺上。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡單，工效得到較大幅度提高。
文檔編號C30B33/00GK101220519SQ20071015135
公開日2008年7月16日 申請日期2007年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月30日
發(fā)明者余周香, 劉蘊(yùn)韜, 成 勾, 吳展華, 凱 孫, 莉 張, 張柏生, 成之緒, 李峻宏, 李眉娟, 李際舟, 王洪立, 肖紅文, 陳東豐, 韓松柏 申請人:中國原子能科學(xué)研究院