数控高真空超高温区域熔炼炉研究

摘要

随着材料技术成为世界新技术革命的三大支柱之一,材料制备设备的研制也被列入各国的科技发展计划中。本文分析了现有真空感应熔炼炉和晶体生长炉等材料制备设备的特点,提出并设计了一种新型的材料制备设备,并将其命名为数控高真空超高温区域熔炼炉。
　　数控高真空超高温区域熔炼炉是一种高性能的特种熔炼设备,用途是在高真空超高温条件下进行金属、半导体等材料样品的定向凝固、晶体生长及通过区熔法获得合成材料实验样品。这种新型的特种熔炼炉将高真空、超高温的区域熔炼设备与数控超精密运动装置合为一体。与传统的材料制备设备的区别:
　　(1)集定向凝固、晶体生长和区熔熔炼三种工艺于一体,可一炉多用;
　　(2)实验样品是在高真空、超高温条件下制备的,可扩大新材料制备的范围;
　　(3)采用数控的方式来控制坩埚(由籽晶杆带动)的低速、精密位移与正反转旋转,可提高新材料制备的质量。
　　本文从真空系统、加热系统、机械系统(坩埚运动装置)等方面对数控高真空超高温区域熔炼炉进行了研究,并对其进行了详细的参数分析和结构设计。主要设计内容如下:
　　(1)高真空的实现。在数控高真空超高温区域熔炼炉中,材料样品的研制是在高真空的环境下进行的。因此高真空的实现是材料样品研制的关键,采用二级真空机组实现10-4Pa的真空度。
　　(2)采用两种加热方式:高频感应加热和电阻加热。根据不同的材料样品选择不同的加热方式,分别实现2500℃和1200℃的要求。
　　(3)采用数控超精密运动装置,实现了坩埚(由籽晶杆带动)的0.1mm~3.0mm/h的低速、精密位移;
　　(4)设计了转速变化差很大(>6000倍)的坩埚(由籽晶杆带动)的工进-快进变速装置,实现了10~100mm/min的快速速度:
　　(5)提出了用控制面板(MCGS触摸屏)—PLC—交流伺服电机的控制方式来分别控制坩埚轴向升降和正反转旋转。
　　(6)设计并生产了数控高真空超高温区域熔炼炉,并以制备共晶陶瓷为例,对其进行实验,结果表明设备整体运行平稳,制备材料样品满足要求。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪 论

1.1 数控高真空超高温区域熔炼炉的提出及概况

1.2 材料制备设备的研究现状

1.3课题的研究意义

1.4课题主要设计参数

1.5论文总体安排

第二章 数控高真空超温区域熔炼炉真空系统设计

2.1真空知识概论

2.2真空系统的组成

2.3高真空的获得

2.4本章小结

第三章 数控高真空超高温区域熔炼炉加热系统设计

3.1高频感应加热

3.2电阻加热

3.3本章小结

第四章 数控高真空超高温区域熔炼炉坩埚运动装置设计

4.1设计思路

4.2坩埚轴向升降装置设计

4.3坩埚正反转旋转装置设计

4.4其它机械部件的选用

4.5本章小结

第五章 数控高真空超高温区域熔炼炉的研制及实验调制

5.1数控高真空超高温区域熔炼炉的研制

5.2氧化物共晶陶瓷制备

5.3本章小结

第六章 总结与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文、参加的科研项目及获奖情况