加热器的设计

常见的加热器有三种形状，筒形、杯形、螺旋形，目前绝大多数加热器为筒形

螺旋形加热器加工工艺复杂，早已淘汰。杯形加热器对于半球形的坩埚，底部熔体温度较均匀，由于加工工艺较难，早已不用。现在，绝大多数用筒形加热器。筒形加热器不但加工简单，而且和直拉单晶炉大量采用平底坩埚有关。不同的单晶炉加热器的大小可能相同，也可能不同。加热器是根据直拉单晶炉的大小和所拉制单晶的参数等条件确定的，一般设计成并联电路形式，并且下列几个参数。

一、加热器的形状

二、加热器的内直径

三、加热器的有效长度

四、加热器的片数

五、加热器的厚度并给出加热器外径。

确定这些参数依据直拉单晶炉的参数和所拉单晶的直径。主要依据单晶炉加热功率变压器参数:大输出功率、大输出电压和大输出电流，坩埚的直径和高度。

设计加热器有以下几个步骤:

一、选材和确定加热器形状

加热器一般用高纯石墨制成，高纯石墨的电阻率 ，加热器目前通常做成筒形。

二、确定石墨托碗壁厚

石墨托碗壁厚一般为3毫米-6毫米

三、确定加热器内径

根据给定坩埚直径和石墨托碗壁厚，算出加热器内径。

Φ内=石英坩埚外径+2倍石墨托碗壁厚+2倍石墨托碗和加热器的间隙

若石墨托碗壁厚为a，石墨托碗与加热器的间隙为b(b=5毫米)，

Φ内=Φ外坩+2a+2b=Φ外坩+2(a+b)

四、确定加热器有效高度

经过实践，加热器有效长度为石英坩埚高的1.6倍至1.8倍。

若加热器高为H，石英坩埚高为h

H=(1.6~1.8)h 一般取H=1.7h

五、确定加热器片数，算出片宽。

加热器一般为16片、20片、24片三种形式，目前一般为20片。

若加热器片宽为 ，片与片的间隙为2毫米

六、确定石墨加热器厚度

加热器采用并联电路形式导电，加热器总电阻为R，每联的电阻为R1，加热器的壁厚为d

七、确定加热器外径

以上计算只能做参考，在实际生产中，不一定用到单晶炉大功率，所以计算和实际有一这距离，但它毕竟给出一个范围，在实际加热器时还是非常有用的。