[发明专利]一种旋转式非等温液桥生成器及其应用

说明书

一种旋转式非等温液桥生成器及其应用，本发明属于流体物理学技术领域，为了解决现有液桥生成装置难以调控旋转模式、液桥高度、温差大小以及对振荡热毛细对流抑制效果不理想等问题。本发明旋转式非等温液桥生成器包括液桥生成装置、旋转装置、升降装置和温控装置；所述液桥生成装置包括上、下盘组件；所述旋转装置中上旋转电机安装在支架的顶部，下旋转电机位于支架的下部；所述升降装置可调节液桥高度；所述温控装置中加热片和制冷片分别安装于上、下盘组件的加热槽与制冷槽中。本发明液桥生成器可提供多种旋转模式与转速，有效抑制了液桥内部的振荡热毛细对流，对浮区法制备单晶有显著指导意义。

技术领域

本发明属于流体物理学技术领域，具体涉及一种非等温液桥生成器及其应用。

背景技术

浮区法是制备半导体晶体材料的常用方法，其主要原理是送料棒在环形加热器中受提拉运动，位于环形加热器附近区域的固体原料被加热融化形成熔区，熔区远离加热器后冷却结晶。生长晶体的质量受熔区内周期性振荡的热毛细对流影响，会产生微米量级杂质条纹，严重影响了晶体制备的质量。液桥则是以浮区法制备单晶为工程背景，以上盘受热模拟环形加热器，以下盘冷却模拟送料棒的物理实验模型，用以在实验室条件下研究熔区内部的热毛细对流从稳态流到振荡流的转变过程，以及其对晶体表面形状的影响。

目前，用于抑制熔区内部周期性振荡的热毛细对流，较为成熟的手段包括：外加旋转、外加震动、外加磁场、表面敷层和剪切气流等方法。但现有旋转式液桥生成器的旋转模式单一，上、下盘之间的距离不可调控，难以调控旋转、液桥高度以及温差大小等工艺参数，进而导致对振荡热毛细对流的抑制效果不理想。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有液桥生成装置难以调控旋转模式、液桥高度、温差大小以及对振荡热毛细对流的抑制效果不理想等问题，而提供一种旋转式非等温液桥生成器及其应用。

本发明旋转式非等温液桥生成器包括液桥生成装置、旋转装置、升降装置和温控装置；所述的液桥生成装置包括上盘组件和下盘组件，上盘组件为圆柱体，上盘组件的一端为上盘，上盘组件的另一端开有上盘螺纹孔，在上盘组件的圆周方向开有加热槽；下盘组件为圆柱体，下盘组件的一端为下盘，下盘组件的另一端开有下盘螺纹孔，在下盘组件的圆周方向开有制冷槽；上盘和下盘的直径相等；

所述旋转装置包括上旋转电机、下旋转电机、上旋转轴、下旋转轴、上旋转电机卡槽、下旋转电机卡槽和支架，上旋转电机卡槽设置在支架的顶部，下旋转电机卡槽位于支架内的下部；上旋转电机安装在上旋转电机卡槽中，下旋转电机安装在下旋转电机卡槽中；上旋转轴的一端与上旋转电机相连，上旋转轴的另一端插入上盘组件的上盘螺纹孔内通过螺纹连接，下旋转轴的一端与下旋转电机相连，下旋转轴的另一端插入下盘组件的下盘螺纹孔内通过螺纹连接；上盘组件、下盘组件、上旋转轴和下旋转轴的垂直中心线位于同一竖直直线上；

所述升降装置包括滑杆、升降齿条、升降连接件、升降齿轮、齿轮旋钮、齿轮支架、固定齿片和底座，滑杆和齿轮支架竖直固定在底座上；升降齿轮安装在齿轮支架的顶部，升降齿轮与齿轮支架通过轴承连接，齿轮旋钮设置在升降齿轮上；升降齿条套设在滑杆上，下旋转电机卡槽与升降齿条之间通过升降连接件相连接，升降齿轮与升降齿条相啮合；固定齿片穿设在齿轮支架上，固定齿片的齿头与升降齿条相插合，以固定升降齿条的位置；

所述温控装置包括加热片和制冷片，加热片安装于上盘组件的加热槽内，制冷片安装于下盘组件的制冷槽内。

与现有技术相比，本发明所述的旋转式非等温液桥生成器主要包括以下有益效果：

本发明旋转式非等温液桥生成器的结构简单、功能多样，与传统液桥生成器相比，可实现多种旋转模式，还可以根据实验需要调节不同的转速。本发明上、下盘温差的实现可以根据实验要求精确控制，且可以提供包括临界温差在内的大范围温差，便于研究由稳态流向振荡流过度的整个过程。可以更换不同直径的上、下盘，以及连续调节上、下盘之间的高度以提供不同高径比和体积比的液桥。