弧像爐是將電弧聚焦成像而加熱物料的一種電爐。弧像爐熱源為電弧，將電弧的輻射能通過適當光學聚集到被加熱材料上，形成一個輻射圓錐，使加熱源在圓錐的尖端成像，該成像處的溫度最高。
基本介紹
- 中文名：弧像爐
- 外文名：Arc furnace
- 特點：無玷污加熱
- 套用：熔化高熔點材料
簡介,加熱原理,弧像爐的構造,弧像爐的套用,
簡介
弧像爐這樣的無玷污加熱設備可以用於研究化學性質比較活潑材料的高溫性能，一些生長過程中必須防止高溫下玷污和化學計量比的改變的難熔物質單晶，當加熱一種材料，需要與不同組成的材料（例如像爐膛或坩堝等材料）相接觸的情況。
加熱原理
弧像爐的熱源為電弧，將電弧的輻射能通過適當的光學聚集到被加熱的材料上，這就形成一個輻射圓錐，從而使加熱源在圓錐的尖端成像，該成像處的溫度最高。這樣在任何時間，只需要使被加熱的材料上一小部分處於熔融狀態，於是被加熱的材料本身就形成了一個坩堝，因此也就不需要再用專門的坩堝了。
弧像爐的構造
弧像爐的光學系統，如圖1所示，其中圖1a為聚光透鏡系統，其優點是通過互換光源和像的位置，可以提供低輻射的大像或高輻射的小像，而且在像中沒有陰影。在單一橢球鏡系統的圖1b中，在橢球的一個焦點上有一光源，這樣就會在另一焦點上形成像。要獲得低輻射大面積或高輻射小面積的話，只需要看光源放在哪一個焦點上即可。在雙橢球鏡系統的圖1c中，假如這兩個鏡子都具有同樣的偏心率，而且是幾何完整的，則最終的成像將與光源具有同樣的大小。當然，其成像的具體大小還可以用兩個不同偏心率的鏡子來改變。在雙拋面鏡系統的圖1d中，成像的大小與光源的大小基本上相同。
如圖2所示為一個用於單晶生長的弧像爐光學系統原理圖。它包括一對橢球反射鏡裝置。在靠近第二焦點處放置了一個水冷控制的反射鏡，從而使得光軸的轉向與成像成垂直的位置。該控制鏡的背面是鍍銀的，並且在背面用水進行冷卻。
圖3為一個弧像爐的原理圖， 它採用的是雙拋物面鏡系統。 它可以用兩個探照燈，其價格比較便宜。其安裝方法是將兩台探照燈沿著公共的水平軸或垂直軸排列成一行，當試樣為熔態試樣或粉末時，應將試樣本身保持水平方向。因此，必須將兩台探照燈安裝在公共的垂直軸上。
弧像爐的套用
很多熔點相當高的材料，例如像Cr2O3 （熔點為1990℃）、Al2O3 （熔點為2050℃）、ZrO2（熔點為2680℃）和MgO（熔點為2800℃）等，將其粉末壓成試塊，都能在弧像爐中熔化。採用弧像爐，可以生長出像矽單晶、金紅石單晶、藍寶石晶體和其他類型的化合物晶體（例如像高溫半導體材料、碳化物和氮化物）。
