用于加热单元的支撑系统技术方案

本发明专利技术涉及一种用于支撑加热单元的支撑系统，其包括支撑构件及基底构件。该支撑构件具有实质上沿高度方向延伸的主要延伸方向以及近位端及远位端，其中近位端适用于支撑加热单元。基底构件经由至少一个铰链被连接至支撑构件的远位端部分，远位端部分被配置在近位端的远侧。支撑构件可相对于基底构件绕着旋转轴线枢转，该旋转轴线定向成平行于实质上刚性方向。

Support system for heating unit

The invention relates to a support system for supporting a heating unit. The support member has a substantially extending direction extending along the height direction, and a proximal end and a distal end. The base member is connected to the distal end portion of the support member via at least one hinge, and the distal end portion is disposed at the distal end of the proximal end. The support member is pivoted with respect to the base member around the rotation axis, which is oriented parallel to the substantially rigid direction.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于支撑加热单元的支撑系统以及包括至少一个加热单元的加热系统。
技术介绍
包括阻抗式加热单元的熔炉或电式加热器是广为人知的，且被使用在不同的工业中，用于多种不同的应用。当电流被施加通过亦称为加热丝的导电式加热单元时，产生热量，且由于电阻式电能而被消散成热量。典型地，加热单元被放置在靠近要加热的对象或材料的地方。用于各种不同应用的加热器系统(例如用于MOCVD(金属有机化学蒸气沉积)技术的反应器，该技术被使用在例如半导体材料的处理上，例如用于化合物半导体的外延成长)必须在例如高过800℃等相当高的温度下操作，这在设计上及在加热单元组件的材料上带来了挑战性。对需要特别高温的应用，加热单元通常是由陶瓷材料(其是昂贵的且难被制成想要的几何形状)制成的，或是包括耐火金属，例如钨、钼、铼、钽、铌等等或它们的合金。当设计高温加热系统时，必须要应付的一个主要问题为，加热单元的热诱发循环膨胀及收缩。对特定的应用而言，特别是对MOCVD反应器而言，加热单元的精确定位是重要的，精确定位还必须在加热系统的操作循环期间以受控的方式被保持。通常不同类型的机械式支撑结构，例如端子，被用于确保加热单元被正确地定位，并被保持在预定位置。当例如在该反应器中的MOCVD工序期间加热单元被加热至1000℃至2200℃时，加热单元膨胀相当多，且当由端子保持在固定位置时，在加热单元的材料内产生显著的机械应力。此机械应力可能会导致不受控制的塑性变形，或造成加热单元恶化或甚至断裂，导致加热单元寿命缩减。不受控制的变形是不想要的，因为存在如下严重风险：加热单元和加热系统的其他部件之间发生接触、或加热单元和其他的加热单元之间发生接触、或在加热单元本身中发生接触，而结果是可能会发生短路。此外，由于加热单元的变形影响局部电阻，塑性变形在例如化合物半导体的外延成长工序等要求高温的应用中是特别不利的，在该工序中，匀相或者精确受控的温度曲线是重要的。加热单元包括耐火金属的情况最有问题，因为这些金属的强度抗蠕变性随着温度而变小，且在高于1200℃至1400℃时显著跌降。高于这些温度后，甚至小的应力便可能会造成在加热单元冷却后留下不想要的塑性变形。为了克服固定式端子所产生的问题，已想出各种具有柔性单元的系统，这些系统被设计成允许加热单元在某些优选的方向上膨胀。某些此类已知的端子包括不同类型的弹簧，例如允许加热单元与端子之间的连触点移动的具有U型形状的弹簧。虽然此种具有U型形状的弹簧实现了使加热单元内的热诱发应力降低至一定程度，但是它们的性能在实际上无法完全信服，因为加热单元本身可在两个或更多个方向上延伸，且由于加热单元和其本身或加热单元和加热系统的其他部分的电性接触，因此仍存有短路的风险。在US7645342中提出，加热单元包括多个延伸销件开口，销件被插过这些开口，以将加热单元固定在平面中。销件开口的尺寸及几何形状被设计成，在一定的温度范围内，它们允许加热单元在水平方向上的膨胀。然而，在实际的实施中产生了一些问题，特别是在高于1500℃的高温时。发现在如此的高温时，与加热单元接触且通常由耐火金属所制成的销件有经由扩散而黏结至加热单元的倾向，因而阻挠加热单元在水平方向上的自由移动。结果，因加热产生应力，导致加热单元的形状的塑性变形。
技术实现思路
依据上文所述，在工业中有针对用于加热单元的支撑系统的需求，特别是针对用于在高于1600℃的温度操作的高温加热器中所使用的加热单元的支撑系统的需求。因此，本专利技术的目的是提供一种用于在加热器中的加热单元的支撑系统以及包括这种支撑系统的加热系统，其中，在操作期间降低加热单元内的热诱发应力，且加热单元及加热系统特别适用于高温应用。依据本专利技术，用于加热单元的支撑的支撑系统包括适用于支撑加热单元的支撑构件。该支撑构件优选地是刚性的且细长形的，支撑构件具有主要延伸方向且实质上沿高度方向延伸。优选地，该主要延伸方向精确平行于高度方向或是相对于高度方向有小于或等于10度的夹角，然而，该支撑构件不必须具有严格平直的构形。该高度方向可被限定为垂直于加热单元在局部区域的延伸平面，在该局部区域中，加热单元在定向的位置被装设在支撑构件上。优选地，该加热单元具有弯曲的主要延伸方向，且被配置成限定延伸平面的平面构形。如果加热单元在支撑构件的抵达部分采用实质上平直的构形，则高度方向可由加热单元的整体的几何结构限定。依据本专利技术，支撑构件具有两个端部：近位端以及远位端。近位端面向加热单元，且具有用于加热单元的支撑的支撑部分。远位端被配置在近位端的远侧，且具有远位端部分，基底构件经由至少一个铰链被连接至该远位端部分。优选地，支撑构件及基底构件精确地经由一个铰链被枢转式地连接。该基底构件可被固紧至基底，例如固紧至包括加热单元的加热系统或加热器罩壳中的基底板。依据本专利技术，支撑构件及基底构件形成两个铰接在一起的臂件，使得支撑构件可相对于基底构件绕着轴线枢转，该轴线被定向成平行于实质上刚性方向。因此，支撑构件可在可移动方向上移动，其中，该可移动方向由实质上垂直于高度方向的方向(该角度优选在75度至105度的范围内)限定。支撑构件的移动被限制在实质上刚性方向上，该实质上刚性方向垂直于可移动方向且垂直于高度方向。因此，该铰链提供加热单元在热延伸期间沿着可移动方向移动的可能性，同时实质上阻止加热单元在实质上刚性方向上位移。在加热单元升温的过程期间，加热单元试着扩展其尺寸，且如果加热单元和基底构件之间的相对移动被制止，则热诱发应力会导致产生不规则的变形，其中支撑系统在基底构件处被固紧至加热系统的基底。以这种新配置，能实现加热单元的热诱发位移以受控的方式被引导且实质上被减少成仅在单一方向上，特别是分别在可移动方向或高度方向上。这导致可以降低加热单元材料内部的热诱发机械应力且因而降低塑性变形的风险。有利的是支撑构件的旋转轴线不与支撑构件的质心重合，且该旋转轴线被配置成由于重力而产生支撑构件上的旋转转矩，而造成在加热单元上产生沿所想要的膨胀方向的力。优选地，旋转轴线被配置成在高度方向及/或可移动方向上与支撑构件的质心分隔开。此外，有利的是由支撑系统施加到可移动方向上的力不超过加热单元材料在操作温度的极限蠕变应力。依据本专利技术的有利实施例，基底构件沿高度方向至少部分地从远位端部分朝向近位端延伸。在另一有利的实施例中，基底构件可被水平地配置。优选地，基底构件及支撑构件在加热单元处于未加热的状态时在室温下对齐。此外，在优选的实施例中，支撑构件及/或基底构件的主要延伸方向实质上平行于高度方向。因此，其实质上垂直于由加热单元构形所隔开的平面。以此方式，加热系统可被实现为：在一方面具有相当小高度的非常紧凑的结构，且在另一方面仍能在高温下操作，特别是在高于1600℃的温度下。由于支撑构件的延长的细长形状，可以获得支撑构件的近位端及远位端之间产生的明显的温度差异，特别是当支撑构件被配置在靠近加热系统的底部表面时，支撑构件典型地以例如水等液体来冷却。此外，在优选的实施例中，基底构件及铰链经由热屏蔽系统被保护不受热量影响，该热屏蔽系统可被配置在加热单元及基底构件之间。因此，基底构件及铰链处于材料应力小的相当低的温度下。支撑构件不须由全材料制成，在优选的实施例中，支撑构件包括两个本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于支撑加热单元(150、151)的支撑系统(100)，包括：支撑构件(111)，所述支撑构件具有实质上沿高度方向延伸的主要延伸方向以及近位端(113)及远位端(112)，所述近位端(113)适用于支撑所述加热单元(150、151)；以及基底构件(121)，所述基底构件经由至少一个铰链(131)被连接至所述支撑构件(111)的远位端部分，所述远位端部分被配置在所述近位端(113)的远侧；其中，所述支撑构件(111)能够相对于所述基底构件(121)绕着旋转轴线(132)枢转，所述旋转轴线定向成平行于实质上刚性方向。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.04.08 US 14/247,4271.一种用于支撑加热单元(150、151)的支撑系统(100)，包括：支撑构件(111)，所述支撑构件具有实质上沿高度方向延伸的主要延伸方向以及近位端(113)及远位端(112)，所述近位端(113)适用于支撑所述加热单元(150、151)；以及基底构件(121)，所述基底构件经由至少一个铰链(131)被连接至所述支撑构件(111)的远位端部分，所述远位端部分被配置在所述近位端(113)的远侧；其中，所述支撑构件(111)能够相对于所述基底构件(121)绕着旋转轴线(132)枢转，所述旋转轴线定向成平行于实质上刚性方向。2.根据权利要求1所述的支撑系统，其特征在于所述旋转轴线(132)被配置成与所述支撑构件的质心分隔开。3.根据权利要求1或2所述的支撑系统，其特征在于所述旋转轴线(132)在所述高度方向及/或所述可移动方向上被配置成与所述支撑构件的质心分隔开。4.根据权利要求1至3项中任一项所述的支撑系统，其特征在于所述基底构件在所述高度方向上至少...

【专利技术属性】
技术研发人员：瓦迪姆·博古斯拉夫斯基，阿尔诺·普兰肯施泰纳，
申请(专利权)人：攀时奥地利公司，攀时美国有限责任公司，
类型：发明
国别省市：奥地利;AT