一種泡生法藍(lán)寶石長(zhǎng)晶設(shè)備的冷卻水壓力閉環(huán)控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】公開(kāi)了一種泡生法藍(lán)寶石長(zhǎng)晶設(shè)備的冷卻水壓力閉環(huán)控制系統(tǒng)，該裝置包括壓力傳感器、電子流量閥、PLC控制器，其中，壓力傳感器，電子流量閥與PLC控制器通過(guò)信號(hào)線連接和通信，壓力傳感器安裝在冷卻出水口位置，電子流量閥安裝在冷卻進(jìn)水口。出水壓力變化通過(guò)壓力傳感器傳輸給PLC控制器，PLC控制器調(diào)節(jié)電子流量閥就能使水壓自動(dòng)保持在所需壓力的±0.01兆帕度，從而形成冷卻水壓力的閉環(huán)控制。利用本專利能在使泡生法藍(lán)寶石長(zhǎng)晶設(shè)備冷卻水系統(tǒng)進(jìn)出水壓力變化控制在0.01兆帕以內(nèi)，減少了水壓波動(dòng)對(duì)晶體生長(zhǎng)過(guò)程的影響，提高了晶體生長(zhǎng)的質(zhì)量。
【專利說(shuō)明】—種泡生法藍(lán)寶石長(zhǎng)晶設(shè)備的冷卻水壓力閉環(huán)控制系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]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(zhǎng)晶設(shè)備的冷卻水壓力閉環(huán)控制系統(tǒng)，同時(shí)可適用于其他相似領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]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(chǎng)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(guó)內(nèi)外研究開(kāi)發(fā)和產(chǎn)業(yè)化熱點(diǎn)。
[0003]藍(lán)寶石晶體制造的一般過(guò)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(kāi)始生長(zhǎng)，為了使晶體不斷長(zhǎng)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(zhǎng)過(guò)程中或生長(zhǎng)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(guò)，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。
[0004]由于溫度梯度很小，泡生法藍(lán)寶石晶體生長(zhǎng)過(guò)程是一個(gè)及其緩慢的降溫過(guò)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(zhǎng)過(guò)程中微小的波動(dòng)就對(duì)晶體生長(zhǎng)過(guò)程產(chǎn)生影響。長(zhǎng)晶設(shè)備中影響功率的因素除了熱場(chǎng)外，還有水冷系統(tǒng)，多余的熱量需要通過(guò)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)，微小水壓偏差就意味著水流量的變化，那么水冷系統(tǒng)攜帶的熱量的就有明顯變化，這對(duì)晶體生長(zhǎng)過(guò)程將有顯著的影響，為此采用一種可自動(dòng)控制水壓的裝置對(duì)于生長(zhǎng)高質(zhì)量的晶體非常重要，自動(dòng)控制過(guò)程對(duì)于提高工作效率也非常有利。
[0005]


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006](一)要解決的技術(shù)問(wèn)題
本發(fā)明的主要目的在于提供一種泡生法藍(lán)寶石長(zhǎng)晶設(shè)備的冷卻水壓力控制裝置，抑制水壓波動(dòng)，提高了晶體生長(zhǎng)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(zhǎng)晶設(shè)備的冷卻水壓力閉環(huán)控制系統(tǒng)，包括安裝在冷卻出水口的壓力傳感器，安裝在冷卻進(jìn)水口的電子流量閥，進(jìn)行集中控制的PLC控制器，其中，所述的壓力傳感器、電子流量閥與所述的PLC控制器通過(guò)信號(hào)線連接和通fg O
[0008]所述的壓力傳感器的精度達(dá)到0.01兆帕，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調(diào)節(jié)精度達(dá)到I升/秒，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]所述的PLC控制器內(nèi)部設(shè)置冷卻水壓力自動(dòng)控制算法，所述的冷卻水壓力自動(dòng)控制算法包括以下步驟:
步驟一:調(diào)節(jié)所述的電子流量閥的流量為Q，使所述的壓力傳感器達(dá)到Ptl ；
步驟二:檢測(cè)所述的壓力傳感器，獲得出水壓力P1,并計(jì)算壓力偏差Λ P= P1-Ptl,如果Δ P的絕對(duì)值大于0.01兆帕，則進(jìn)入步驟三；
調(diào)節(jié)所述的電子流量閥的流量，調(diào)節(jié)量Λ Q=-S2 Λ P/ (PQ),然后返回步驟二，其中，S為所述的冷卻進(jìn)水口的截面積，P為冷卻水的密度。
[0011](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:利用該冷卻水水壓自動(dòng)控制裝置，可以使泡生法藍(lán)寶石長(zhǎng)晶設(shè)備的冷卻水系統(tǒng)進(jìn)出水壓力變化控制在0.01度以內(nèi)，減少了水壓波動(dòng)對(duì)晶體生長(zhǎng)過(guò)程的影響，提高了晶體生長(zhǎng)的質(zhì)量。
[0012]

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1為長(zhǎng)晶設(shè)備的原理框圖；
圖2為冷卻水壓力自動(dòng)控制算法的流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0014]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(kāi)說(shuō)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(shuō)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)。
[0015]一種泡生法藍(lán)寶石長(zhǎng)晶設(shè)備的冷卻水壓力閉環(huán)控制系統(tǒng)，包括安裝在冷卻出水口3的壓力傳感器4，可以檢測(cè)冷卻水的出口壓力，還包括安裝在冷卻進(jìn)水口 2的電子流量閥5，可調(diào)節(jié)冷卻水的流量大小，以及進(jìn)行集中控制的PLC控制器，其中，所述的壓力傳感器4、電子流量閥5與所述的PLC控制器通過(guò)信號(hào)線連接和通信。
[0016]所述的壓力傳感器4的精度達(dá)到0.01兆帕，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5的調(diào)節(jié)精度達(dá)到I升/秒，具有數(shù)字接口可與所述的PLC控制器進(jìn)行數(shù)字通信。
[0017]所述的PLC控制器內(nèi)部設(shè)置冷卻水壓力自動(dòng)控制算法，所述的冷卻水壓力自動(dòng)控制算法包括以下步驟:
步驟一:調(diào)節(jié)所述的電子流量閥5的流量為Q，使所述的壓力傳感器4達(dá)到Ptl ；
壓力值P。為額定工作壓力。
[0018]步驟二:檢測(cè)所述的壓力傳感器4，獲得出水壓力P1，并計(jì)算壓力偏差Λ P= P1-P0,如果Λ P的絕對(duì)值大于0.01兆帕，則進(jìn)入步驟三；
在步驟二中，所述的壓力傳感器4不間斷地檢測(cè)冷卻水的出口壓力，如果壓力發(fā)生偏離，則進(jìn)入步驟三進(jìn)行處理。
[0019]步驟三:調(diào)節(jié)所述的電子流量閥的流量，調(diào)節(jié)量Λ Q=-S2 ΔΡ/ (P Q),然后返回步驟二，其中，S為所述的冷卻進(jìn)水口的截面積，P為冷卻水的密度。
[0020]根據(jù)伯努利方程，P+Ρ gh+P V2/2=C，其中，g為重力加速度，V為流速，h為所在高度，C是一個(gè)常量，而管道的高度是固定的，所以也可以認(rèn)為h是一個(gè)常量。對(duì)該公式進(jìn)行兩邊求導(dǎo)數(shù)，得到:Λ P+ P V Λ V=O，因?yàn)镼=SV，所以S2 Λ P+ P Q Λ Q=O，最終得到Λ Q=-S2 Δ P/(P QX
【權(quán)利要求】
1.一種泡生法藍(lán)寶石長(zhǎng)晶設(shè)備的冷卻水壓力閉環(huán)控制系統(tǒng)，其特征在于，包括安裝在冷卻出水口的壓力傳感器，安裝在冷卻進(jìn)水口的電子流量閥，進(jìn)行集中控制的PLC控制器，其中，所述的壓力傳感器、電子流量閥與所述的PLC控制器通過(guò)信號(hào)線連接和通信。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種泡生法藍(lán)寶石長(zhǎng)晶設(shè)備的冷卻水壓力閉環(huán)控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的壓力傳感器的精度達(dá)到0.0l兆帕，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所述的一種泡生法藍(lán)寶石長(zhǎng)晶設(shè)備的冷卻水壓力閉環(huán)控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的電子流量閥的調(diào)節(jié)精度達(dá)到I升/秒，具有數(shù)字接口可與所述的PLC控制器進(jìn)行數(shù)字通信。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種泡生法藍(lán)寶石長(zhǎng)晶設(shè)備的冷卻水壓力閉環(huán)控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的PLC控制器內(nèi)部設(shè)置冷卻水壓力自動(dòng)控制算法，所述的冷卻水壓力自動(dòng)控制算法包括以下步驟: 步驟一:調(diào)節(jié)所述的電子流量閥的流量為Q，使所述的壓力傳感器達(dá)到Ptl ； 步驟二:檢測(cè)所述的壓力傳感器，獲得出水壓力P1,并計(jì)算壓力偏差Λ P= P1-Ptl,如果Δ P的絕對(duì)值大于0.01兆帕，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Λ Q=-S2 Δ P/(P Q)，然后返回步驟二，其中，S為所述的冷卻進(jìn)水口的截面積，P為冷卻水的密度。
【文檔編號(hào)】C30B17/00GK104328486SQ201410672609
【公開(kāi)日】2015年2月4日 申請(qǐng)日期:2014年11月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月22日
【發(fā)明者】劉瑜, 陳曉玲 申請(qǐng)人:劉瑜