Устройство для отжига кристаллов
Патент 1153588
Авторы
Классы МПК
Устройство для отжига кристаллов
Реферат
(19)SU(11)1153588(13)A3(51) МПК 5 C30B15/20(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯк патентуСтатус: по данным на 17.01.2013 - прекратил действиеПошлина: учтена за 1 год с 23.03.1993 по 22.03.1994
(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТЖИГА КРИСТАЛЛОВ
Изобретение относится к технологии получения кристаллов и может быть использовано в химической промышленности при производстве рубинов для оптических квантовых генераторов. Рубины для оптических квантовых генераторов (лазеров) необходимо отжигать при температуре, максимально близкой к температуре плавления кристаллов, при этом их КПД увеличивается в среднем на 30% , порог генерации снижается на 20% , выходная энергия увеличивается на 35% . Отжиг обычно производится при помощи систем программного терморегулирования. Известно устройство для отжига кристаллов, содержащее последовательно соединенные измерительный, регулирующий и исполнительный блоки, программно-временной блок и термопару. При этом сигнал программно-временного блока сравнивается с сигналом термопары на входе измерительного блока и разность подается на регулирующий блок, который через исполнительный блок по заданному закону осуществляет регулирование температуры объекта. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для отжига кристаллов, включающее датчик предплавильной температуры, подключенный через программно-временной блок к одному из входов сумматора, к другому входу которого подключена термопара, а выход связан через измерительный и регулирующий блоки с исполнительным блоком. Недостатком известных устройств является недостаточная точность выхода на заданную температуру отжига при высоких скоростях нагрева, приводящая к потерям кристаллов от брака. Целью изобретения является повышение качества кристаллов за счет более точного поддержания температуры отжига. Поставленная цель достигается тем, что устройство для отжига кристаллов, содержащее датчик предплавильной температуры, подключенный через программно-временной блок к одному из входов сумматора, к другому входу которого подключена термопара, а выход связан через измерительный и регулирующий блоки с исполнительным блоком, дополнительно содержит блок компенсации переколебаний температуры, входы которого соединены с выходом термопары и вторым выходом программно-временного блока, а выход подключен к одному из входов сумматора. На фиг. 1 представлена блок-схема устройства для отжига кристаллов; на фиг. 2 показан график зависимости напряжения термопары Uт и программно-временного блока Uп от времени t. Температура отжига кристаллов Тотж, отличающейся от температуры плавления Тпл на = 5-10оС и определяющейся моментом перехода с участка подъема на участок выдержки по сигналу датчика предплавильной температуры, соответствует определенная величина напряжения Uп программно-временного блока. При большой скорости нагрева за счет динамических свойств объекта напряжение Uп на определенную величину будет превышать напряжение на термопаре Uк = Uп - Uт. Пунктиром указано изменение сигнала термопары без блока компенсации. Сплошной линией показан тот же сигнал при работе этого блока, где также осуществлена компенсация отрицательных переколебаний сигнала термопары Uт, не превышающих допустимых отклонений температуры отжига. Устройство содержит измерительный блок 1, регулирующий блок 2, исполнительный блок 3, программно-временной блок 4, датчик 5 предплавильной температуры, блок 6 компенсации и термопару 7. На фиг. 1 и 2 имеются также следующие обозначения: Тпл - температура плавления кристалла; Тотж - температура отжига кристалла; Uпл - напряжение, соответствующее температуре плавления; Uотж - напряжение, соответствующее температуре отжига; Uк - напряжение на выходе компенсирующего блока; U- напряжение на входе измерительного блока. Устройство для отжига кристаллов работает следующим образом. При подаче сигнала "Пуск" на программно-временной блок 4 начинается отработка программы с заданной скоростью изменения температуры. Выходное напряжение блока программы Uп складывается на суммирующей схеме с сигналом Uт термопары 7, а сигнал разбаланса подается на измерительный блок 1, усиливается и через регулирующий блок 2 и исполнительный блок 3 управляет температурой объекта. Контейнер с отжигаемыми кристаллами устанавливают непосредственно на реперный кристалл, служащий датчиком 5 предплавильной температуры. При достижении температуры, максимально приближенной к температуре плавления отжигаемых кристаллов, оплавляется реперный кристалл, перемещая при этом стержень, укрепленный на контейнере. При опускании стержня падает заслонка и излучение попадает на фотоприемник. Датчик 5 предплавильной температуры связан с программно-временным блоком 4, который осуществляет переключение программы с участка подъема на участок выдержки температуры и включение компенсирующего блока 6. На компенсирующий блок 6 подается сигнал Uт термопары 7, на изменение которого будет реагировать компенсатор и сигнал Uп программно-временного блока 4. При этом выходной сигнал компенсирующего блока 6 определяется как разность Uк = Uп - Uт. (1) При переходе на участок выдержки с медленной скоростью нагрева изменение сигнала термопары практически успевает следить за изменением сигнала Uп, поэтому их разность Uк 0. В этом случае сигнал компенсирующего блока также будет равен нулю. Если нагрев осуществляется с большой скоростью, то при переходе на участок выдержки напряжение на термопаре Uт из-за инерционных свойств объекта будет меньше, чем сигнал Uп на величину Uк. Для того, чтобы исключить возможность дальнейшего нагрева объекта и расплавления отжигаемых кристаллов, необходимо чтобы сигнал разбаланса U, подаваемый на измерительный блок, был равен U= Uп - Uт - Uк 0. (2) Для этого компенсирующий блок осуществляет вычитание сигналов программно-временного блока Uп и термопары Uт, а их разность с обратным знаком падает на сумматор . Теперь в случае нарастания сигнала термопары Uт равенство (2) нарушится и система терморегулирования будет реагировать на это изменение уменьшением мощности нагревателя. В результате нарастание сигнала термопары Uт будет осуществляться не по линии, указанной пунктиром на фиг. 2, а относительно уровня, обозначенного Uотж. Температура соответственно будет равна температуре отжига. При снижении мощности нагревателя напряжение на термопаре совершит переколебание относительно уровня Uотж и в некоторый момент станет ниже этого уровня. Без компенсирующего блока на это изменение равенства (2) система терморегулирования реагировала бы увеличением мощности нагревателя. Компенсирующий блок, изменяя уровень сигнала Uк, исключает возможность увеличения мощности. В результате система терморегулирования, совершив 2-3 незначительных переколебания, которые происходят без увеличения мощности нагревателя, выходит на уровень температуры отжига кристаллов Тотж, при этом уровень сигнала компенсирующего блока принимает постоянное значение Uк. При переходе на участок снижения разность сигналов по уравнению (1) будет уменьшаться. Отключение компенсирующего блока произойдет в момент равенства сигналов Uп и Uт, т. е. когда их разность станет равной нулю. В таблице приведены технические характеристики устройств, предлагаемого и принятого за прототип. Как видно из таблицы, при больших скоростях нагрева: 68,0. 16,5 и 2,8 град/мин, что соответствует подъему температуры до 2000оС за 0,5; 2,0 и 4,0 ч соответственно, значения перерегулирования у прототипа составили 23,6; 17,8 и 10,4оС, а у предлагаемого устройства 3,1; 1,5 и 0оС. Так как отжигаемые кристаллы плавятся при величине перерегулирования больше 5оС, то число расплавов из 10 отжигов при этих значениях скорости нагрева у прототипа составили 10, у предлагаемого устройства расплавов не было. В случае скорости нагрева 1,4 град/мин величина перерегулирования по прототипу составила 5,05оС, количество расплавов из 10 отжигов получилось 6. Следовательно, устройство для отжига, принятое за прототип, позволяет отжигать кристаллы при скоростях нагрева ниже 1,4 град/мин, что не всегда удовлетворяет технологическим требованиям и обходится дороже из-за энергетических затрат. Таким образом, изобретение позволяет осуществлять отжиг монокристаллов при предплавильных температурах с более точной установкой верхнего предела отжига и исключить возможность расплавления кристаллов. В свою очередь это приводит к увеличению выхода годной продукции. Кроме того, проведение отжига кристаллов при больших скоростях нагрева приводит к сокращению энергетических затрат. (56) Бельфор И. М. и др. Программное задающее устройство для прецизионных регуляторов температуры. Приборы и системы управления, N 1, 1971, с. 45. Авторское свидетельство СССР N 433467, кл. B 01 J 17/00, 1975.
Формула изобретения
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТЖИГА КРИСТАЛЛОВ, содержащее датчик предплавильной температуры, подключенный через программно-временной блок к одному из входов сумматора, к другому входу которого подключена термопара, а выход связан через измерительный и регулирующий блоки с исполнительным блоком, отличающееся тем, что, с целью повышения качества кристаллов за счет более точного поддержания температуры отжига, оно дополнительно содержит блок компенсации переколебаний температуры, входы которого соединены с выходом термопары и вторым выходом программно-временного блока, а выход подключен к одному из входов сумматора.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Дата прекращения действия патента: 23.03.1994
Номер и год публикации бюллетеня: 36-2002
Извещение опубликовано: 27.12.2002