專利名稱：鍺單晶熱壓形變裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于中子散射技術，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：
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度，并 且幾乎不會影響中子散射的分辨，在提高反應堆中子源和中子譜儀的利用效率方 面是一種經濟且效果明顯的技術手段。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，并且側向均勻分布，以匹配入 射束在散射平面的發散獲得足夠的積分強度，在與散射平面垂直的平面內，晶體 的嵌鑲寬度小并且側向均勻分布，以提高垂直方向的實空間聚焦效果。以一種受 控的和可重復的方式生產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Neutron Research 2 (1994) 85與Nucl. Instr. and Meth. A 338， pp. 71-77， 1994中，美國BNL(Brookhaven National Laboratory)實驗室首先 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 專用的真空熱壓爐中進行的，工作溫度是870°C，略低于鍺的熔點(937.4°C)。 每個鍺單晶片依次完成正面彎壓一展平一反面彎壓一展平—最后陶瓷展平五個步驟。完成形變操作后就可以進行焊接和切割操作。文獻所公開的鍺單晶熱壓形 變裝置的主體為一個真空熱壓爐，真空熱壓爐的爐口朝上，固定安裝在操作臺上。 放置鍺單晶的多個工位呈圓周布置，依次自動放置到真空熱壓爐的爐膛內進行熱 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、壓力系統的設計變得較為復雜，同時，生產效率較低。發明內容本實用新型將針對現有技術中鍺單晶熱壓形變裝置設計較復雜，工效較低的 問題，提供一種具備循環作業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、真空系統、壓力系統等幾 部分。其中加熱和控溫系統由真空熱壓爐和監測爐膛溫度的熱電偶組成；真空系 統由石英鐘罩、真空泵以及連接石英鐘罩與真空泵的管路組成；壓力系統是通過 氣缸驅動推桿，同放置在石英鐘罩內的下模具相連，關鍵在于，所述的真空熱壓 爐的爐口朝下，底部固定在沿滑軌運動的傳動裝置上，所述的真空系統、壓力系 統固定在操作平臺上。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，真空熱壓爐沿滑軌移動，選擇已經裝片完畢、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。與現有技術相比，本實用新型所提供的鍺單晶熱壓形變裝置的運動對象發生 了改變，由爐口朝下的真空熱壓爐作相對于工位的運動，從而使得真空系統、壓 力系統的設計變得比較簡單，通過石英鐘罩倒扣在操作工作臺上即可提供熱壓工 件時所需要的真空環境。同時，由于運動部件減少，使得輔助設備特別是一些管 路的設計變得簡單，從而使得工效有較大幅度提高。
圖1鍺單晶熱壓形變裝置布置示意圖； 圖2真空熱壓爐結構示意圖； 圖3壓力系統結構示意圖。
具體實施方式
本實用新型針對現有技術的缺陷，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的設計，能較大幅度提高工效。下面將結合附圖l、 2、 3對本實用新型的技術方案進行詳細地闡述。一種鍺單晶熱壓形變裝置，主要包括加熱和控溫系統、真空系統、壓力系統。加熱和控溫系統由真空熱壓爐8和監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運動的傳動裝置2上。其爐壁12為鋼結構， 內層設置保溫層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95(TC，正常工作溫度為87(TC，通過熱電偶監測并顯示爐膛和模具的溫度。 電爐絲14的功率應該保證模具的升溫速度為870°C/50分鐘 87(TC/30分鐘， 本實施例選取87(TC/40分鐘。同時，真空熱壓爐8設計為開啟式或爐子專用一 個冷卻工位，以保證在30 40分鐘內爐膛的溫度能快速從870'C快速降到300 °C。另外，爐內恒溫區保證在裝載工件的初始狀態下整個模具所占據的區域內溫 度均勻，溫度精度為士5。C。真空系統由石英鐘罩7、真空泵4組成，石英鐘罩7與真空泵4通過真空閥 ll相連。本實施例使用4個石英鐘罩7，它們以倒扣的方式直接放置在設有水冷 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的設計。石英鐘罩7由高純度的石英水晶材料制 成，為保證高溫狀態抽取并保持罩內真空，罩壁要有足夠的厚度和強度承受高溫、 負壓。同時，有合理的加熱空間保證均溫區的溫度均勻性。石英鐘罩7分別處于 加熱、冷卻、取料/裝料工作狀態，輪流循環、連續作業。每個石英鐘罩7內放置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通過手動調節閥6與氣缸5相連，由氣缸5推動下平模具推桿 18上下移動。氣缸5由電機3驅動。上平模具15、下平模具16表面平整度為 20//m。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/cnf。使用時，在第一個工位上，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870'C。然后啟動施壓系統，對工件施加壓力并保持一段 時間后，切斷電爐電源，爐子被移到專用的冷卻工位上，打開風機使爐膛快速降 溫。與此同時，第一工位上的工件在保壓狀態下開始空冷降溫過程，從而完成一次熱壓形變過程。在四個工位上依次按照以上操作步驟循環作業可以最大化的提 高生產效率。在本實施例中，真空熱壓爐8與工位的布置是在一條直線上。也可根據實際 要求，工位呈圓周布置，工位上方的真空熱壓爐8的運行軌跡也呈圓周狀。本實用新型所提供的技術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，本領域的技術人員可以對本實用新型進行各種改動和變型而不脫離本 實用新型的精神和范圍。這樣，假若本實用新型的這些修改和變型屬于本實用新 型權利要求及其等同技術的范圍之內，則本實用新型也意圖包含這些改動和變型 在內。
權利要求1. 一種鍺單晶熱壓形變裝置，包括加熱和控溫系統、真空系統、壓力系統等幾部分，其中加熱和控溫系統由真空熱壓爐(8)和監測爐膛溫度的熱電偶組成；真空系統由石英鐘罩(7)、真空泵(4)以及連接石英鐘罩(7)與真空泵(4)的管路組成；壓力系統是通過氣缸(5)驅動推桿，同放置在石英鐘罩(7)內的下模具相連，其特征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)運動的傳動裝置(2)上，所述的真空系統、壓力系統固定在操作平臺(9)上。
2. 根據權利要求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)與工位的布置是在一條直線上。
3. 根據權利要求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)與工位的布置是沿圓周布置。
4. 根據權利要求l、 2或3所述的鍺單晶熱壓形變裝置，其特征在于真空 熱壓爐(8)設計為開啟式或爐子專用一個冷卻工位。
5. 根據權利要求l、 2或3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)的功率應該保證模具的升溫速度為87(TC/50分 鐘 870。C/30分鐘。
6. 根據權利要求l、 2或3所述的鍺單晶熱壓形變裝置，其特征在于真空 熱壓爐(8)爐內的恒溫區保證在裝載工件的初始狀態下整個模具所占據的區域內溫度均勻，溫度精度為土5i:。
7. 根據權利要求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)直接放置在設有水冷夾套的操作平臺(9)的真空水冷法蘭(21)里。
8. 根據權利要求1所述的鍺單晶熱壓形變裝置，其特征在于所述的壓力系統包括上模、下模，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)通過手動調節閥(6)與氣缸(5)相連。
專利摘要本實用新型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、真空系統、壓力系統等幾部分。其中加熱和控溫系統由真空熱壓爐和監測爐膛溫度的熱電偶組成；真空系統由石英鐘罩、真空泵以及連接石英鐘罩與真空泵的管路組成；壓力系統是通過氣缸驅動推桿，同放置在石英鐘罩內的下模具相連，其中真空熱壓爐的爐口朝下，底部固定在沿滑軌運動的傳動裝置上；真空系統、壓力系統固定在操作平臺上。該系統設計簡單，工效得到較大幅度提高。
文檔編號C30B33/00GK201125281SQ20072017797
公開日2008年10月1日 申請日期2007年9月30日 優先權日2007年9月30日
發明者余周香, 劉蘊韜, 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:中國原子能科學研究院