一種用于中頻爐的加熱器及中頻爐系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種用于中頻爐的加熱器，可用于有氧條件下加的原材料，所用原材料的導(dǎo)磁率小于1，所述加熱器包括發(fā)熱體、保護套和裝放原材料的內(nèi)膽，所述發(fā)熱體設(shè)于內(nèi)膽和保護套之間，所述發(fā)熱體的材質(zhì)為鎢，所述內(nèi)膽的外表面與所述發(fā)熱體相貼靠，通過電磁波加熱發(fā)熱體并以熱傳導(dǎo)方式使原材料加熱。該加熱器能夠高效的將導(dǎo)磁率小于1的原材料制成超細球形粉，制成的超細球形粉的純度高。
【專利說明】—種用于中頻爐的加熱器及中頻爐系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種加熱處理【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種用于中頻爐的加熱器及中頻爐系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著集成電路技術(shù)的迅猛發(fā)展，人們對于集成電路塑封料中的填充料的要求也愈加嚴格。在過去，人們主要將石英磨碎的粉末作為集成電路塑封料中的填充料，然而隨著科技的進步，集成電路引出線的直徑都為μ (?ο — 6米)級，如果還采用石英磨碎的粉作填充料，其對集成電路引出線的破壞性是很大的；因此，現(xiàn)在人們大都改用球形粉作為填充料。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中常采用如下方法獲取球形粉:
[0004]1.分解法:直接將娃的化合物進行分解，具體為，如，將石英礦用堿溶融.然后加熱分解成球形石英粉(即球形二氧化硅粉)；再如，用四氯化硅或三氯氫硅進行水解，獲得球形石英粉(即球形二氧化硅粉)；但采用該種方法獲得的球形石英粉的純度并不高，難以用作集成電路中塑封料的填充料。
[0005]2.物理法:將石英粉放在高溫區(qū)，高溫熔融石英粉，利用液態(tài)表面張力使其形成球形，該種方法一般采用等離子體和電弧加熱，其制造出來的石英粉為球形的幾率較低。
[0006]3、傳統(tǒng)加熱法:采用石墨、電阻絲、電熱棒、硅鑰等作為加熱材料，但這些加熱材料一般加熱溫度不高。這些材料如果在高溫情況下，必須在真空或保護性氣體的條件下進行，若在有氧的情況下，加熱材料的氧化較快，影響其使用壽命.且存在金屬離子等雜質(zhì)易沾污球形石英粉，降低制取的石英球形粉的純度的現(xiàn)象發(fā)生。
[0007]4.加熱合成法:主要應(yīng)用頻波加熱，該方法將氧與硅在中頻爐中合成球形石英粉，但純度高的金屬硅由于導(dǎo)磁率低，因此單純利用中頻加熱獲得石英球形粉的效果并不理想。而若在金屬硅中加入鐵，它的導(dǎo)磁率會迅速增加，因此在中頻爐中加熱摻鐵的金屬硅是可以獲得石英球形粉的。但是石英粉中因有鐵離子的存在，會影響產(chǎn)品的電導(dǎo)率，從而不能使用在集成電路的塑封料中。若采用高頻電磁對純度高的金屬硅和氧加熱可以生成球形石英粉，但是因高頻波的污染嚴重，對環(huán)境和人體傷害極大。
實用新型內(nèi)容
[0008]本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于中頻爐的加熱器及中頻爐系統(tǒng)，其能夠高效的將導(dǎo)磁率小于I的原材料制成超細球形粉，制成的超細球形粉純度高。
[0009]本實用新型的技術(shù)方案為:一種用于中頻爐的加熱器，用于有氧條件下加熱原材料，所述原材料的導(dǎo)磁率小于I，所述加熱器包括發(fā)熱體、保護套和裝放原材料的內(nèi)膽，所述發(fā)熱體設(shè)于內(nèi)膽和保護套之間，所述發(fā)熱體的材質(zhì)為鎢，所述內(nèi)膽的外表面與所述發(fā)熱體相貼靠，通過電磁波加熱發(fā)熱體并以熱傳導(dǎo)方式加熱原材料。
[0010]進一步地，所述發(fā)熱體采用外形呈多棱柱形的中空框架結(jié)構(gòu)。[0011 ] 進一步地，所述多棱柱形為六棱柱形或八棱柱形。
[0012]進一步地，所述內(nèi)膽的外壁形狀與所述發(fā)熱體的形狀相適配，以利于所述內(nèi)膽的外壁與所述發(fā)熱體以最大面積相互貼靠。
[0013]進一步地，所述發(fā)熱體由若干層橫向發(fā)熱體與若干個縱向發(fā)熱體圍合而成多棱柱形的中空框架結(jié)構(gòu)，相鄰兩層所述橫向發(fā)熱體之間平行間隔設(shè)置，相鄰兩個所述縱向發(fā)熱體之間平行間隔設(shè)置。
[0014]進一步地，每層所述橫向發(fā)熱體由六個或八個條狀加熱片通過第一連接件連接而形成六棱形或八棱形；所述縱向發(fā)熱體為條狀加熱片，通過第二連接件固定于對應(yīng)的每層所述橫向發(fā)熱體上。
[0015]進一步地，所述第一連接件為具有折角的連接片，所述第一連接件與所述橫向發(fā)熱體的加熱片鉚接；所述第二連接件為鉚釘。
[0016]進一步地，所述保護套和所述內(nèi)膽的材質(zhì)均為莫來石；所述原材料為金屬硅。
[0017]進一步地，在所述內(nèi)膽和所述保護套之間的空隙內(nèi)填充有用于保護所述發(fā)熱體的耐高溫顆粒。
[0018]基于上述發(fā)明構(gòu)思，本實用新型還可以提供一種中頻爐系統(tǒng)，包括中頻爐，上述的加熱器內(nèi)置于所述中頻爐中。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型所提供的一種用于中頻爐的加熱器及中頻爐系統(tǒng)，達到了如下有益技術(shù)效果:
[0020]1、本實用新型中加熱器主要是對導(dǎo)磁率小于I的原材料進行加熱，制取球形粉，該制成的球形粉的顆粒小，為超細形的球形粉，在實際操作中，是通過將加熱器放置在中頻爐中，通過中頻電磁波將發(fā)熱體加熱，然后發(fā)熱體通過熱傳導(dǎo)(溫度梯度)的形式依次傳遞給內(nèi)膽和需要被加熱的原材料，原材料達到一定溫度遇氧燃燒，進而制得超細球形粉。而不是利用中頻波直接作用在需要被加熱的原材料上，因此即使需要被加熱的原材料的導(dǎo)磁率低，也可以通過中頻爐高效、節(jié)能的制取超細球形粉。
[0021 ] 2、本實用新型中加熱器的內(nèi)膽熱穩(wěn)定性良好，該內(nèi)膽可將被加熱的原材料與發(fā)熱體完全隔離，因此不易沾污原材料，制取的超細球形粉純度高。
[0022]3、本實用新型中加熱器的發(fā)熱體外部套設(shè)有保護套，起到隔氧作用，可以防止發(fā)熱體在高溫條件下因有氧而被氧化。
[0023]4、本實用新型中對加熱器中發(fā)熱體采用電磁波加熱，因此發(fā)熱體不存在電極，進而無需考慮電磁壽命。
[0024]5、本實用新型中通過調(diào)節(jié)中頻爐的中頻功率輸出的大小，便可進一步地調(diào)控加熱器的加熱溫度，因此加熱器的加熱溫度可穩(wěn)定控制。
[0025]6、本實用新型中，發(fā)熱體是由橫向發(fā)熱體和縱向發(fā)熱體圍合而成，每個橫向發(fā)熱體又由條狀加熱片通過鉚釘連接起來，因此可自由拆卸，進而發(fā)熱體的大小可自由經(jīng)過拆卸組、裝調(diào)節(jié)，且當發(fā)熱體有部分損壞，可拆卸更換部件后繼續(xù)使用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1為本實用新型加熱器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖2為本實用新型加熱器的剖視圖；
[0028]圖3為本實用新型加熱器中發(fā)熱體的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖4為本實用新型加熱器中保護套的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖5為本實用新型加熱器中內(nèi)膽的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0031]下面結(jié)合實施例及附圖，對本實用新型作進一步的詳細說明，但本實用新型的實施方式不限于此。
[0032]對本實用新型中的技術(shù)名詞解釋如下:
[0033]1、耐高溫:1500 ?18000.
[0034]2、超細球形粉:一般指平均粒徑在0.1?0.6 μ.
[0035]本實用新型提供了一種用于中頻爐的加熱器，如圖1-2所示，該加熱器用于有氧條件下加熱可形成超細球形粉的原材料，該原材料的導(dǎo)磁率小于1，其中，原材料例如但不限于為金屬硅、鋁或銅等。加熱器包括發(fā)熱體1、保護套2和裝放原材料的內(nèi)膽3，其中，發(fā)熱體I設(shè)于內(nèi)膽3和保護套2之間，內(nèi)膽3外表面與發(fā)熱體I的相貼靠。該加熱器通過電磁波將發(fā)熱體I加熱。并通過發(fā)熱體I將熱量傳導(dǎo)給內(nèi)膽3，進而內(nèi)膽3將熱量再傳導(dǎo)給原材料，原材料達到一定的溫度有氧燃燒，進而制成超細球形粉。
[0036]如圖3所示，上述的發(fā)熱體I采用99.9%的鎢材料。鎢是最難熔材料，其熔點溫度達 3410°C，密度 19.245g/cm3,比熱 0.14Kj/KGXkAT20°C，熔解潛熱 209kl/Kg(估值)，熱導(dǎo)率129w/mxKat20°C，蒸發(fā)熱444J/g，電阻率5.5 μ Ω /cmat20 °C,電阻率溫度系數(shù)0.00482 Ω/Qk，超導(dǎo)溫度0.016k，在氧氣中氧化溫度的臨界點為250°C。上述的發(fā)熱體I采用外形呈多棱柱形的中空框架結(jié)構(gòu)，該多棱柱形優(yōu)選采用六棱柱形或八棱柱形，進一步地，上述的發(fā)熱體I由若干層橫向發(fā)熱體與若干個縱向發(fā)熱體圍合而成多棱柱形的中空框架結(jié)構(gòu)，相鄰兩層橫向發(fā)熱體之間平行間隔設(shè)置，相鄰兩個縱向發(fā)熱體之間平行間隔設(shè)置。發(fā)熱體I采用外形呈六棱柱形或八棱柱形的中空框架結(jié)構(gòu)時，每層橫向發(fā)熱體由六個或八個條狀加熱片112通過第一連接件111連接而形成六棱形或八棱形；縱向發(fā)熱體12為條狀加熱片，通過第二連接件13固定于對應(yīng)的每層橫向發(fā)熱體上，其中，上述的第一連接件111為具有折角的連接片，該第一連接件111與橫向發(fā)熱體的加熱片鉚接；上述的第二連接件13為鉚釘，該固定連接方式可實現(xiàn)發(fā)熱體的自由拆卸，在實際應(yīng)用中，可根據(jù)實際需要來通過拆卸、組裝調(diào)節(jié)發(fā)熱體I的高低和大小，且當發(fā)熱體I有部分損壞，可拆卸、更換、修整后繼續(xù)使用。
[0037]此外，發(fā)熱體采用上述結(jié)構(gòu)，一方面可平衡渦流電流均衡分布；另一方面可以增加發(fā)熱體的內(nèi)壁與內(nèi)膽3之間相貼靠的有效面積，如八棱柱形中空框架結(jié)構(gòu)的發(fā)熱體的有效面積比六棱柱形發(fā)熱體中空框架結(jié)構(gòu)的發(fā)熱體的有效面積增加14.8%。
[0038]如圖4所示，由于發(fā)熱體I在有氧情況下易氧化，因此本實用新型在發(fā)熱體外套設(shè)保護套2，用于對發(fā)熱體I進行隔氧保護，保護套2具有空腔，該空腔的形狀例如但不限于為圓柱形，或與發(fā)熱體的形狀相同；其外壁的形狀為圓柱形或方形體等，在此對其形狀不作具體他限定。保護套2材質(zhì)采用耐高溫材料，優(yōu)選地，保護套2的材質(zhì)采用莫來石，莫來石的化學(xué)式為AlxSi2-x05.5-0.5x ;密度為3.16g/cm3 ;莫氏硬度為6?7 ;在實際操作中，對保護套2的耐高溫要求很高，一般工作溫度在1600°C，上限溫度不超過1800°C，這是因為材料為莫來石的保護套在1800°C的溫度條件下仍舊很穩(wěn)定，但1810°C (超過1800°C )會分解成剛玉和液相。
[0039]如圖5所示，上述的內(nèi)膽3的內(nèi)部中空，該中空部分用于盛放需加熱的原材料，內(nèi)膽3的外壁形狀與發(fā)熱體I的形狀相適配，以利于內(nèi)膽3的外壁與發(fā)熱體I以最大面積相互貼靠，即當發(fā)熱體I為八棱柱形時，內(nèi)膽的外壁形狀優(yōu)選也為八棱柱形，且該內(nèi)膽恰好能夠嵌入至發(fā)熱體I中，并與發(fā)熱體I的內(nèi)壁相貼靠，利于熱傳導(dǎo)。內(nèi)膽3的材質(zhì)為耐高溫材料，優(yōu)選為與保護套2的材質(zhì)相同，均為莫來石，主要成分是剛玉，其材料熱穩(wěn)定性好，因此在內(nèi)膽3中加入需要被加熱原材料后，不易有雜質(zhì)沾污原料。另外，由于內(nèi)膽3可將被加熱原材料與發(fā)熱體I完全隔離，因此也避免了發(fā)熱體I易對被加熱原材料造成污染的風險，通過該加熱器制成的超細球形粉的純度高。
[0040]特別地，在內(nèi)膽3與保護套2之間形成的空隙內(nèi)還填充有耐高溫顆粒，用于保護發(fā)熱體I，該耐高溫顆粒優(yōu)選為剛玉。
[0041]基于上述的發(fā)明構(gòu)思，本實用新型還可以提供一種中頻爐系統(tǒng)，包括中頻爐和上述實施例中的加熱器，中頻爐為現(xiàn)有技術(shù)中的設(shè)備，在此不再對其進行贅述。中頻爐主要包括有中頻發(fā)生器和爐腔.在中頻發(fā)生器的紫銅管內(nèi)有冷卻水，上述的加熱器置于爐腔中，其與爐腔的間隙優(yōu)選在45-50_之間，在中頻爐與加熱器之間還加設(shè)有石英砂層。實際中，可根據(jù)爐腔的尺寸進一步確定需要的加熱器的尺寸大小。
[0042]中頻爐系統(tǒng)的安裝方式為:首先將加熱器外層的保護套2放入中頻爐腔內(nèi)；在中頻爐的爐腔與加熱器間填加石英砂層，中頻發(fā)生器紫銅管內(nèi)裝入冷卻水；其次將發(fā)熱體I放入保護套2內(nèi)；再將內(nèi)膽3放入發(fā)熱體I內(nèi)，在發(fā)熱體I與保護套2和內(nèi)膽3之間的空隙內(nèi)填充耐高溫顆粒。
[0043]在一個較佳的應(yīng)用實施例中，被加熱的原材料米用金屬娃，金屬娃需要熔融時，硅的熔點溫度是1414°C，同時受到保護套2的導(dǎo)熱系數(shù)、厚度和材料的耐高溫性等外界因素的影響.所以發(fā)熱體I的發(fā)熱溫度應(yīng)優(yōu)選1700°C以上。其具體工作方式為:中頻爐利用中頻電源建立中頻磁場，使加熱體內(nèi)部產(chǎn)生感應(yīng)渦流并發(fā)熱，然后加熱體I以熱傳導(dǎo)(溫度梯度)的方式傳導(dǎo)到被加熱的金屬硅材料上，當金屬硅材料加熱至一定溫度時，遇氧燃燒，可形成二氧化硅，并釋放熱量，將二氧化硅熔化，形成懸浮液態(tài)顆粒，冷卻成球形粉體。
[0044]采用本實用新型的中頻爐系統(tǒng)，不是利用中頻波直接作用到被加熱原材料上，這就與金屬硅(被加熱原材料)的導(dǎo)磁率沒有關(guān)聯(lián)，克服了現(xiàn)有技術(shù)中因純度高的金屬硅導(dǎo)磁率低，而不利于用中頻爐直接加熱原材料獲取球形粉的缺陷。此外，由于本實用新型采用電磁波加熱，因此發(fā)熱體沒有電極，進而無需考慮電極壽命，其可長期處在工作狀態(tài)中，達到使用周期長的效果。且，中頻爐的加熱方式是由中頻功率輸出的大小控制的，因中頻輸出功率是可控的，所以發(fā)熱體I因受中頻輸出功率控制，亦可調(diào)控，其加熱穩(wěn)定。
[0045]相較于傳統(tǒng)的如應(yīng)用電阻或等離子體的加熱方式，本實用新型的能耗小，波頻加熱輸出的波頻功率轉(zhuǎn)換成熱能的效率高；具體地，同樣分量的硅，采用電阻加熱，需要電熱絲110KW，工作時間8小時；而采用本實用新型的加熱方式，僅需功率40kw，時間4小時。由此可見本實用新型的節(jié)能效果顯著。
[0046]值得注意的是，以上所述僅為本實用新型的較佳實施例，并非因此限定本實用新型的專利保護范圍，本實用新型還可以對上述各種零部件的結(jié)構(gòu)進行等效的改進。故凡運用本實用新型的說明書及圖示內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)變化，或直接或間接運用于其他相關(guān)【技術(shù)領(lǐng)域】均同理皆包含在本實用新型所涵蓋的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于中頻爐的加熱器，用于有氧條件下加熱原材料，該原材料的導(dǎo)磁率小于1，其特征在于:所述加熱器包括發(fā)熱體、保護套和裝放原材料的內(nèi)膽，所述發(fā)熱體設(shè)于內(nèi)膽和保護套之間，所述發(fā)熱體的材質(zhì)為鎢，所述內(nèi)膽的外表面與所述發(fā)熱體相貼靠，通過電磁波加熱發(fā)熱體并以熱傳導(dǎo)方式加熱原材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加熱器，其特征在于:所述發(fā)熱體采用外形呈多棱柱形的中空框架結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的加熱器，其特征在于:所述多棱柱形為六棱柱形或八棱柱形。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的加熱器，其特征在于:所述內(nèi)膽的外壁形狀與所述發(fā)熱體的形狀相適配，以利于所述內(nèi)膽的外壁與所述發(fā)熱體以最大面積相互貼靠。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的加熱器,其特征在于:所述發(fā)熱體由若干層橫向發(fā)熱體與若干個縱向發(fā)熱體圍合而成多棱柱形的中空框架結(jié)構(gòu)，相鄰兩層所述橫向發(fā)熱體之間平行間隔設(shè)置，相鄰兩個所述縱向發(fā)熱體之間平行間隔設(shè)置。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的加熱器，其特征在于:每層所述橫向發(fā)熱體由六個或八個條狀加熱片通過第一連接件連接而形成六棱形或八棱形；所述縱向發(fā)熱體為條狀加熱片，通過第二連接件固定于對應(yīng)的每層所述橫向發(fā)熱體上。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的加熱器，其特征在于:所述第一連接件為具有折角的連接片，所述第一連接件與所述橫向發(fā)熱體的加熱片鉚接；所述第二連接件為鉚釘。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一所述的加熱器，其特征在于:所述保護套和內(nèi)膽的材質(zhì)均為莫來石，所述原材料為金屬硅。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的加熱器，其特征在于:在所述內(nèi)膽和所述保護套之間的空隙內(nèi)填充有用于保護所述發(fā)熱體的耐高溫顆粒。
10.一種中頻爐系統(tǒng)，包括中頻爐，其特征在于:如權(quán)利要求1至9中任一所述的加熱器內(nèi)置于所述中頻爐中。
【文檔編號】H05B6/02GK204145786SQ201420423669
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年7月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月29日
【發(fā)明者】宋伊凡 申請人:奧克蘭納米材料技術(shù)有限公司