一種泡生法藍(lán)寶石長晶設(shè)備的冷卻水溫度自動(dòng)控制裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種泡生法藍(lán)寶石長晶設(shè)備的冷卻水溫度自動(dòng)控制裝置，包括設(shè)置在長晶設(shè)備的冷卻進(jìn)水管上的進(jìn)水溫度傳感器和冷卻出水管上的出水溫度傳感器，以及冷卻出水管上的電子流量閥，進(jìn)行集中控制的PLC控制器，所述的進(jìn)水溫度傳感器、出水溫度傳感器、電子流量閥與所述的PLC控制器通過信號(hào)線連接和通信，所述的進(jìn)水溫度傳感器和出水溫度傳感器的精度大于0.1度，具有數(shù)字接口可與所述的PLC控制器進(jìn)行數(shù)字通信。所述的電子流量閥的最小調(diào)節(jié)范圍為1升/分鐘，具有數(shù)字接口可與所述的PLC控制器進(jìn)行數(shù)字通信。利用本發(fā)明能使泡生法藍(lán)寶石長晶設(shè)備冷卻水系統(tǒng)出水溫度變化控制在0.1度以內(nèi)，減少了水溫波動(dòng)對(duì)晶體生長過程的影響，提高了晶體生長的質(zhì)量。
【專利說明】一種泡生法藍(lán)寶石長晶設(shè)備的冷卻水溫度自動(dòng)控制裝置
[0001]

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本專利涉及泡生法藍(lán)寶石晶體制造領(lǐng)域，尤其涉及一種泡生法藍(lán)寶石長晶設(shè)備的冷卻水溫度自動(dòng)控制裝置，同時(shí)可適用于其他相似領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0003]藍(lán)寶石又稱白寶石，是世界上硬度僅次于金剛石的晶體材料，由于具有優(yōu)良的物理、機(jī)械、化學(xué)及紅外透光性能，一直是微電子、航空航天、軍工等領(lǐng)域急需的材料，尤其是光學(xué)級(jí)大尺寸藍(lán)寶石材料，由于其具有性能穩(wěn)定、市場需求量大、綜合利用率及產(chǎn)品附加值高等特點(diǎn)，成為近年國內(nèi)外研究開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化熱點(diǎn)。
[0004]藍(lán)寶石晶體制造的一般過程是將一根受冷的籽晶與熔體接觸，如果界面的溫度低于凝固點(diǎn)，則籽晶開始生長，為了使晶體不斷長大，就需要逐漸降低熔體的溫度，同時(shí)旋轉(zhuǎn)晶體，以改善熔體的溫度分布。也可以緩慢的(或分階段的)上提晶體，以擴(kuò)大散熱面。晶體在生長過程中或生長結(jié)束時(shí)不與坩堝壁接觸，這就大大減少了晶體的應(yīng)力。不過，當(dāng)晶體與剩余的熔體脫離時(shí)，通常會(huì)產(chǎn)生較大的熱沖擊。目前常用的高溫溶液頂部籽晶法是該泡生法的改良和發(fā)展。
[0005]由于溫度梯度很小，泡生法藍(lán)寶石晶體生長過程是一個(gè)及其緩慢的降溫過程，每小時(shí)的功率降幅低于50W，而加熱功率則高達(dá)50KW。生長過程中微小的波動(dòng)就對(duì)晶體生長過程產(chǎn)生影響。長晶設(shè)備中影響功率的因素除了熱場外，還有水冷系統(tǒng)，多余的熱量需要通過水冷帶走，由于水冷系統(tǒng)的水量很大，一般可達(dá)到6000升/小時(shí)，由于進(jìn)水溫度一般是恒定的，那么出水溫度的微小偏差就意味著水冷系統(tǒng)攜帶的熱量的明顯增大，一般I度的偏差就能有IKW的影響，這對(duì)晶體生長過程將有顯著的影響，為此采用一種可自動(dòng)控制出水溫度的進(jìn)而控制進(jìn)出水溫度差的裝置對(duì)于生長高質(zhì)量的晶體非常重要，自動(dòng)控制過程對(duì)于提高工作效率也非常有利。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006](一)要解決的技術(shù)問題
本發(fā)明的主要目的在于提供一種泡生法藍(lán)寶石長晶設(shè)備的冷卻水溫度自動(dòng)控制裝置，抑制水溫波動(dòng)，提高了晶體生長的質(zhì)量。
[0007](二)技術(shù)方案
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種泡生法藍(lán)寶石長晶設(shè)備的冷卻水溫度自動(dòng)控制裝置，包括設(shè)置在所述長晶設(shè)備的冷卻進(jìn)水管上的進(jìn)水溫度傳感器，設(shè)置在所述的長晶設(shè)備的冷卻出水管上的出水溫度傳感器、設(shè)置在所述的長晶設(shè)備的冷卻出水管上的電子流量閥，進(jìn)行集中控制的PLC控制器，所述的進(jìn)水溫度傳感器、出水溫度傳感器、電子流量閥與所述的PLC控制器通過信號(hào)線連接和通信，所述的PLC控制器內(nèi)部設(shè)置冷卻水溫自動(dòng)控制算法，所述的自動(dòng)控制算法包括以下步驟:
步驟一:檢測所述的進(jìn)水溫度傳感器，獲得進(jìn)水溫度Ttl，調(diào)節(jié)所述的電子流量閥的流量為Q，使所述的出水溫度傳感器的輸出為出水溫度T1 ；
步驟二:檢測所述的出水溫度傳感器，獲得出水溫度&，并計(jì)算溫度偏差A(yù)T= &-1\，如果Λ T為零，則重復(fù)步驟二 ；如果Λ T不為零，則進(jìn)入步驟三；
步驟三:調(diào)節(jié)所述的電子流量閥的流量，調(diào)節(jié)量AQ= Q*AT/( T1- T0),然后返回步驟
--O
[0008]所述的進(jìn)水溫度傳感器和出水溫度傳感器的精度大于0.1度，具有數(shù)字接口可與所述的PLC控制器進(jìn)行數(shù)字通信。
[0009]所述的電子流量閥的最小調(diào)節(jié)范圍為I升/分鐘，具有數(shù)字接口可與所述的PLC控制器進(jìn)行數(shù)字通信。
[0010](三)有益效果
從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果:利用該冷卻水溫度自動(dòng)控制裝置，可以使泡生法藍(lán)寶石長晶設(shè)備的冷卻水系統(tǒng)出水溫度變化控制在0.1度以內(nèi)，減少了水溫波動(dòng)對(duì)晶體生長過程的影響，提高了晶體生長的質(zhì)量。
[0011]

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為長晶設(shè)備的原理框圖；
圖2為冷卻水溫自動(dòng)控制算法的流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步展開說明，但需要指出的是，本發(fā)明所要求保護(hù)的結(jié)構(gòu)并不限于實(shí)施例及說明書附圖中的具體結(jié)構(gòu)。對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以推知的其他結(jié)構(gòu)形式，亦屬于本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍之內(nèi)。
[0014]一種泡生法藍(lán)寶石長晶設(shè)備I的冷卻水溫度自動(dòng)控制裝置，包括設(shè)置在所述長晶設(shè)備I的冷卻進(jìn)水管2上的進(jìn)水溫度傳感器4，設(shè)置在所述的長晶設(shè)備I的冷卻出水管3上的出水溫度傳感器5、設(shè)置在所述的長晶設(shè)備I的冷卻出水管3上的電子流量閥6，進(jìn)行集中控制的PLC控制器，所述的進(jìn)水溫度傳感器4、出水溫度傳感器5、電子流量閥6與所述的PLC控制器通過信號(hào)線連接和通信。所述的PLC控制器通過所述的進(jìn)水溫度傳感器4和出水溫度傳感器5可以測量冷卻水的進(jìn)水溫度和出水溫度，通過所述的電子流量閥6可以控制冷卻水的流量。
[0015]所述的進(jìn)水溫度傳感器4和出水溫度傳感器5的精度大于0.1度，具有數(shù)字接口可與所述的PLC控制器進(jìn)行數(shù)字通信。所述的電子流量閥6的最小調(diào)節(jié)范圍為I升/分鐘，具有數(shù)字接口可與所述的PLC控制器進(jìn)行數(shù)字通信。
[0016]所述的PLC控制器內(nèi)部設(shè)置冷卻水溫自動(dòng)控制算法。所述的自動(dòng)控制算法包括以下步驟:
步驟一:檢測所述的進(jìn)水溫度傳感器4，獲得進(jìn)水溫度Ttl，調(diào)節(jié)所述的電子流量閥6的流量為Q，直到所述的出水溫度傳感器5的輸出為出水溫度T1 ； 在步驟一中，建立了熱平衡:帶走熱功率W=C* (T1-T0) *Q*P，其中，P為水的密度，C為水的比熱容；
步驟二:檢測所述的出水溫度傳感器5，獲得出水溫度&，并計(jì)算溫度偏差Λ T= L-T1,如果Λ T不為零，則進(jìn)入步驟三；
步驟三:調(diào)節(jié)所述的電子流量閥6的流量，調(diào)節(jié)量Λ Q= Q*AT/( T1- T0),然后返回步驟二。
[0017]在步驟三中，Λ T不為零，則說明冷卻水帶走熱量的功率發(fā)生變化:W+ Δ W=OKT1+ Δ T-T0)P，為了平抑溫度的變化，需要調(diào)節(jié)冷卻水的流量，則W+ Δ W=C* (T「TQ) * (Q+ Λ Q) * P，兩式相等則得到(T「TQ) * Δ Q=Q* Δ T，因此得到所述的電子流量閥6的調(diào)節(jié)量為Λ Q= Q* Δ IV(T1-Tci)。
【權(quán)利要求】
1.一種泡生法藍(lán)寶石長晶設(shè)備的冷卻水溫度自動(dòng)控制裝置，其特征在于:包括設(shè)置在所述長晶設(shè)備的冷卻進(jìn)水管上的進(jìn)水溫度傳感器，設(shè)置在所述的長晶設(shè)備的冷卻出水管上的出水溫度傳感器、設(shè)置在所述的長晶設(shè)備的冷卻出水管上的電子流量閥，進(jìn)行集中控制的PLC控制器，所述的進(jìn)水溫度傳感器、出水溫度傳感器、電子流量閥與所述的PLC控制器通過信號(hào)線連接和通信，所述的PLC控制器內(nèi)部設(shè)置冷卻水溫自動(dòng)控制算法，所述的自動(dòng)控制算法包括以下步驟: 步驟一:檢測所述的進(jìn)水溫度傳感器，獲得進(jìn)水溫度Ttl，調(diào)節(jié)所述的電子流量閥的流量為Q，使所述的出水溫度傳感器的輸出為出水溫度T1 ； 步驟二:檢測所述的出水溫度傳感器，獲得出水溫度&，并計(jì)算溫度偏差A(yù)T= &-1\，如果Λ T為零，則重復(fù)步驟二 ；如果Λ T不為零，則進(jìn)入步驟三； 步驟三:調(diào)節(jié)所述的電子流量閥的流量，調(diào)節(jié)量AQ= Q*AT/( T1- T0),然后返回步驟--O
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的泡生法藍(lán)寶石長晶設(shè)備的冷卻水溫度自動(dòng)控制裝置，其特征在于:所述的進(jìn)水溫度傳感器和出水溫度傳感器的精度大于0.1度，具有數(shù)字接口可與所述的PLC控制器進(jìn)行數(shù)字通信。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的泡生法藍(lán)寶石長晶設(shè)備的冷卻水溫度自動(dòng)控制裝置，其特征在于:所述的電子流量閥的最小調(diào)節(jié)范圍為I升/分鐘，具有數(shù)字接口可與所述的PLC控制器進(jìn)行數(shù)字通信。
【文檔編號(hào)】C30B17/00GK104313683SQ201410669894
【公開日】2015年1月28日 申請(qǐng)日期:2014年11月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月21日
【發(fā)明者】劉瑜, 陳曉玲 申請(qǐng)人:劉瑜