晶体生长超低速控制技术的研究（可复制）.pdf

晶体生长超低速控制技术的研究摘要人工晶体生长过程的关键控制技术以晶体生长运动装置低速控制、基于生长模型的等径控制和晶体生长系统可视化等技术最为重要。成份均匀、结构完整、缺陷少的高质量晶体生长主要受到生长控制技术和设备稳定精确运行等条件的制约,等径控制精度决定着晶体生长的成败;低速运动的速度稳定性和速度跟踪精度主要受摩擦力矩、电机波动力矩等因素影响,高精度且稳定的晶体生长运动装置低速控制技术是等径生长的保障;晶体生长过程工艺参数复杂、可重复性差,摸索最佳的生长工艺参数周期长,费用高。依据激光晶体生长的工艺要求,完成了低速运动装置的系统设计,针对装置低速运行时摩擦转矩的不确定性带来的速度不稳定问题,采用具有预紧力的精密滚珠丝杆副和导轨副;通过负载转矩和转动惯量的计算,合理选择伺服电机,速度控制回路采用变增益的控制方案以抵消各种干扰因素。在分析了上称重法自动直径控制技术工作原理的基础上,研究了上称重法自动直径控制的机械结构、电气控制、系统标定等关键技术,实现了晶体瞬时生长速率精确而平稳的自动控制,解决了激光晶体生长中自动直径控制的难题。建立了晶体生长过程实时数据采集系统,实现了过程数据的备份、查询及分析。
对提拉法生长晶体的工艺流程进行详细的分析,结合对结晶过程产生主要影响的因素,建立描绘晶体生长的物理模型,并对晶体的生长过程进行仿真建模,采用编写计算机仿真软件,实现提拉法生长晶体的数据可视化。超低速控制技术系统设计方案确保了提拉装置的速度跟踪精度,提拉装置实时运行数据表明,速度跟踪误差小于ィ阅苈闵G螅桓上称重法自动直径控制系统能够大大减少晶体在直径方向上的波动,波动偏差小于,直径误差在±ヒ阅冢岣吡司宓哪谠谄分始熬生长设备的自动化水平;晶体生长系统可视化研究在一定程度上解决了晶体生长的工艺试验难题,生长过程数据库实现了晶体生长过程的复现,数据表明晶体生长稳定。关键词:晶体生长,自动直径控制,上称重法,提拉装置,数据可视化北京化工人学硕:学位论文
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第一章绪论课题研究背景与意义激光晶体材料以其在光、机、电等方面的优异性能,广泛地应用于军事、航天、年第一台红宝石篈す馄鳌】臼酪院螅嗣嵌约す夤ぷ魑镏式辛斯惴荷钊逐渐降低,温度梯度的分布发生较大的变化,温度控制的累积效应越来越大,、理化等众多领域,如激光雷达、激光测距、水中通讯、激光手术刀、激光加工、激光电视等在激光技术的发展过程中,激光晶体是使用最早、品种最多的一类工作物质。至今以激光晶体为工作物质的激光器在激光应用和研究中仍占有重要的地位。自地研究与探索。目前,人们已研究出数百种激光晶体,如红宝石篈驯κ篈⒉纛项怕潦袷:⒉纛戏八犷:燃す饩濉由于激光具有高方向性、高亮度、高单色性和高相干性的特点,因而在工业、农业、自然科学、医疗和军事等各个领域都得到了不同程度的应用。国内激光晶体经历了二十世纪六十年代的起步,七十年代的探索,八十年代的发展,己从最初几种基质晶体发展到常见的数十种。作为固体激光器的主体,激光晶体发展成为固体激光技术的重要支柱。正是由于激光晶体具有如此的重要性,才使其成为具有广阔发展前景的固体激光材料。基于模型的激光晶体生长控制、晶体生长环境温度的控制以及提拉速度、旋转速度控制等是人工晶体生长过程中的几项关键技术。基于模型的晶体生长控制是根据预先输入的晶体模型数据完成上缩颈、放肩、等径、收肩及下缩颈等控制过程,特别是等径阶段的控制在高质量晶体的生长中起着非常重要的作用。等径控制不好将造成晶体外观直径的波动,在晶体中产生大量严重的生长条纹【浚跋炀宓哪谠谥柿浚增加了晶体的后续加工量及劳动强度。这一过程中的基于上称重法的晶体生长控制技术尤为重要,特别是生长过程的被控对象具有非线性、时变等特性,使得这一过程的控制效果更加难于掌握。晶体生长环境温度的控制更是由于对象的非线性、时变和参数分布等特性变得难于稳定控制,随着晶体的生长,坩埚内的熔体与晶体的生长界面适的控制方案,长期监测其控制效果并完善之非常重要。高精度且稳定的提拉速度和旋转速度的控制是晶体生长的保障。晶体生长需解决超低速提拉的速度平稳性,避免绪论
国内外研究现状体,有利于熔体中溶质混合均匀;晶体旋转增加了熔体中温场相对于晶体的对称性,术的快速发展,数值模拟与仿真技术已经成为了解和改进晶体生长技术的重要工具。体生长的物理模型,并对晶体的生长过程进行仿真建模。,国外对于重要晶体生长原理和技术是严格保密的【,于实现激光晶体材料生长实现自动化、产业化、规模化具有重大意义。晶格的断裂。超低速提拉技术是晶体生长领域中的一项核心技术。晶体旋转能搅拌