數(shù)控高真空超高溫區(qū)域熔煉爐研究.pdf

1、隨著材料技術(shù)成為世界新技術(shù)革命的三大支柱之一,材料制備設(shè)備的研制也被列入各國的科技發(fā)展計劃中。本文分析了現(xiàn)有真空感應(yīng)熔煉爐和晶體生長爐等材料制備設(shè)備的特點(diǎn),提出并設(shè)計了一種新型的材料制備設(shè)備,并將其命名為數(shù)控高真空超高溫區(qū)域熔煉爐。
　　數(shù)控高真空超高溫區(qū)域熔煉爐是一種高性能的特種熔煉設(shè)備,用途是在高真空超高溫條件下進(jìn)行金屬、半導(dǎo)體等材料樣品的定向凝固、晶體生長及通過區(qū)熔法獲得合成材料實(shí)驗樣品。這種新型的特種熔煉爐將高真空、超高溫

2、的區(qū)域熔煉設(shè)備與數(shù)控超精密運(yùn)動裝置合為一體。與傳統(tǒng)的材料制備設(shè)備的區(qū)別:
　　(1)集定向凝固、晶體生長和區(qū)熔熔煉三種工藝于一體,可一爐多用;
　　(2)實(shí)驗樣品是在高真空、超高溫條件下制備的,可擴(kuò)大新材料制備的范圍;
　　(3)采用數(shù)控的方式來控制坩堝(由籽晶桿帶動)的低速、精密位移與正反轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn),可提高新材料制備的質(zhì)量。
　　本文從真空系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)(坩堝運(yùn)動裝置)等方面對數(shù)控高真空超高溫區(qū)域熔煉爐進(jìn)

3、行了研究,并對其進(jìn)行了詳細(xì)的參數(shù)分析和結(jié)構(gòu)設(shè)計。主要設(shè)計內(nèi)容如下:
　　(1)高真空的實(shí)現(xiàn)。在數(shù)控高真空超高溫區(qū)域熔煉爐中,材料樣品的研制是在高真空的環(huán)境下進(jìn)行的。因此高真空的實(shí)現(xiàn)是材料樣品研制的關(guān)鍵,采用二級真空機(jī)組實(shí)現(xiàn)10-4Pa的真空度。
　　(2)采用兩種加熱方式:高頻感應(yīng)加熱和電阻加熱。根據(jù)不同的材料樣品選擇不同的加熱方式,分別實(shí)現(xiàn)2500℃和1200℃的要求。
　　(3)采用數(shù)控超精密運(yùn)動裝置,實(shí)現(xiàn)了坩堝(

4、由籽晶桿帶動)的0.1mm~3.0mm/h的低速、精密位移;
　　(4)設(shè)計了轉(zhuǎn)速變化差很大(>6000倍)的坩堝(由籽晶桿帶動)的工進(jìn)-快進(jìn)變速裝置,實(shí)現(xiàn)了10~100mm/min的快速速度:
　　(5)提出了用控制面板(MCGS觸摸屏)—PLC—交流伺服電機(jī)的控制方式來分別控制坩堝軸向升降和正反轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)。
　　(6)設(shè)計并生產(chǎn)了數(shù)控高真空超高溫區(qū)域熔煉爐,并以制備共晶陶瓷為例,對其進(jìn)行實(shí)驗,結(jié)果表明設(shè)備整體運(yùn)行平穩(wěn),