蓝宝石晶体生长过程监控及应用研究

摘要

蓝宝石晶体是一种具有良好的物理、机械、热学和光学性能的晶体材料。蓝宝石晶体无论是作为高档的奢侈品还是高科技材料都受到了人们的青睐。而国防科技、红外技术及LED的快速发展，加快了人们对蓝宝石晶体的需求，对蓝宝石晶体的生长也开始追求大尺寸、高质量、性能稳定的蓝宝石晶体。目前，生长大尺寸、高质量的蓝宝石晶体主要通过泡生法生长。但泡生法是一项耗时长、耗能大的生长方法，对蓝宝石晶体生长的设备是一个很大的考验，因此利用主元分析法对晶体生长外部参数进行计算来监控设备运行过程中是否出现问题，来减少拉晶人员的工作量、降低成本和提高晶体生长的质量。
　　论文主要研究对象是泡生法生长蓝宝石晶体的设备运行参数。主要对晶体生长的设备运行参数进行简化、计算、分析，主要采用MATLAB作为分析软件，通过对晶体生长的参数进行建模，达到对外部数据的快速分析，并进行实验仿真，为便达到降低计算次数、降低成本和提高生长质量的目的。
　　通过对蓝宝石晶体设备外部参数的分析，建立相应的主元的数学模型，并对采集到的数据进行理论分析。
　　用MATLAB进行主元分析的算法的编译，并选择比较有特点的数据进行标准化后，进行计算，并对计算结果进行分析，分析在各个阶段是否出现超限情况，如果出现超限情况，分析参数变化对这种情况的影响大小，并对主元分析法是否适用于蓝宝石晶体外部参数的理论验证。
　　将计算的结果进行对比，分析得出在某个阶段出现问题，对这种方法进行验证。验证后此方法适用于参数的监控，采用此方法通过VB进行程序编译。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 蓝宝石晶体的生长现状及发展趋势

1．2．1 蓝宝石晶体的各种性质

1．2．2 泡生法蓝宝石的生长方法现状

1．2．3 泡生法生长蓝宝石单晶的工艺流程

1．2．4 蓝宝石单晶的应用

1．3 过程监控的方法

1．3．1 过程监控技术的概述

1．3．2 国内外的研究现状与发展趋势

1．3．3 PCA的变量统计

1．4 论文结构

2 蓝宝石晶体生长设备

2．1 蓝宝石晶体生长系统的主要设备模块

2．2 炉体的结构

2．3 炉体内部热场和加热系统

2．4 真空系统及真空检测系统

2．4．1 真空系统

2．4 真空检测系统

2．5 传动及称重系统

2．5．1 传动系统

2．5．2 称重提拉系统

2．6 循环水冷系统

2．7 温度检测与控制系统

2．7．1 加热电源

2．7．2 欧陆表

2．8 本章小结

3 主元分析法(PCA)算法的基本原理及晶体生长的部分参数

3．1 主元分析法的基本思想

3．2 基于PCA的过程监控

3．3 建模及监控方法

3．4 统计控制图

3．5 晶体生长的部分参数

3．6 本章小结

4 泡生法蓝宝石过程监控的分析

4．1 监控变量

4．2 对数据进行仿真并验证方法的可实施性

4．2．1 对主元分析法的两个统计量的描述

4．2．2 第一组数据(晶体生长0kg)分析

4．2．3 第二组数据(晶体生长1kg)分析

4．2．4 第三组数据(晶体生长10kg)分析

4．2．5 第四组数据(晶体生长20kg)分析

4．2．6 第五组数据(晶体生长30kg)分析

4．3 本章小结

5 过程监控软件的开发

5．1 过程监控的方案

5．2 过程监控系统的实现

5．3 本章小结

6 结论

致谢

参考文献