Курсовая работа: Оборудование для зонной плавки

Рис. 2. Внешний вид установки горизонтальной зонной плавки

Рис.3. Камеры-трубы установки горизонтальной зонной плавки

Кроме создания расплавлен­ной зоны очищаемого мате­риала, требуется, создано температурный фон, позво­ляющий получить в ампуле над расплавленной зоной ат­мосферу паров летучего ком­понента и поддерживающий необходимое давление этих паров. Конструкция камер таких установок значитель­но усложняется, что связано с необходимостью создания противодавления. На рис. -4 приведен разрез камеры установки (раз­работана «Гиредметом»), предназначенной для зон­ной плавки фосфида галлия. Камера представляет собой стальную толстостенную водоохлажда- емую трубу, тор­цы которой закрыты и уп­лотнены массивными водо-охлаждаемыми крышками с двумя полукольцами, вос­принимающими усилие внут­реннего давления.

1- двигатель; 2- корпус камеры; 3- ампула; 4- термопара; 5- электропечь;

6- фидер; 7- кварцевая труба; 8- винт; 9- гайка.

Рис.-4. Разрез камеры установки зонной плавки фосфида галлия.

Уплотни­тели выполнены в виде ко­лец круглого сечения. На­дежная герметичность дости­гается в результате самоуп­лотнения под действием внутреннего давления. Внут­ри камеры помещены две электропечи для нагрева ам­пулы. Между печами распо­ложен высокочастотный ин­дуктор, создающий расплав­ленную зону. В левой крыш­ке, имеющей вытянутую форму, размещен двигатель (сельсин, приемник) с ме­ханизмом перемещения ам­пулы, который вставляется и извлекается через торец крышки, имеющей дополни­тельный уплотняющий разъ­ем.

Гайка-ползун механизма перемещения соединена сво­бодно с транспортирующей кварцевой трубой и пере­двигает ее вместе с ампу­лой.

Ампулу вставляют и извлекают через уплотняемое отверстие в пра­вой крышке. На боковой поверхности корпуса камеры расположены люк для ввода индуктора и отверстия для токовводов фоновых электропе­чей, термопар, штуцеров для подачи и стравливания газа, предохрани­тельного клапана. На торце левой крышки имеется уплотняемый ввод для проводов электропитания сельсина-приемника (и штепсельный разъем от проводов сельсина-датчика).

Все вводы в рабочую камеру так же, как и уплотнение крышек камеры, выполнены на принципе са­моуплотнения под действием внутреннего давления.

Чтобы уменьшить влияние электромагнитных полей, термопары эк­ранируют, а опирали электропечей снабжают бифилярной намоткой. Для наблюдения за процессом предусмотрены смотровое окно и устрой­ство для подсветки, облегчающее установку ампулы в начале процесса. Конструкции электропечей выполнены таким образом, чтобы можно было заменять нагреватели, не извлекая печей из камеры. Теплоизоля­ционные блоки, выполненные из асбестоцемента, помещенные у торцов печей, компенсируют падение температуры. Полезная емкость камеры сведена к минимуму для уменьшения в ней конвективных токов сжато­го газа.

Рама установки выполнена в виде стола, закрытого листами. Стол установлен на четырех регулируемых по высоте опорах, придающих не­обходимый угол наклона рабочей камере, смонтированной на столе. На столе размещены вентили для подачи и стравливания газа, осушитель газа, а внутри стола смонтированы коллектор водяного охлаждения ка­меры, подогреватель для линии подачи воды в индуктор. Внутри стола установлен также электропривод с сельсином-датчиком.

Вход и уплотнение вала привода перемещения ампулы в камеру вы­сокого давления представляют конструктивные трудности, требуется значительное увеличение мощности двигателя привода, чтобы преодо­леть трение в уплотнении камеры. Это в свою очередь создает вредные вибрации камеры и ампулы с лодочкой. В тоже (время для перемеще­ния легкой ампулы с лодочкой практически необходим маломощный, ки­нематический привод. Поэтому в описываемой конструкции применен сельсинный электропривод.

Сельсин-приемник вместе с механизмом перемещения помещен в рабочую камеру высокого давления, а сельсин-датчик и электродвига­тель для его вращения смонтированы на отдельной плите. Сельсин-дат­чик передает синхронное вращение сельсин - приемнику и соединяется с ним через штекерный разъем.

Вращение сельсин - датчика осуществляется от электродвигателя по­стоянного тока, обороты которого плавно регулируются. Переключение ступеней редуктора обеспечивает рабочее и возвратное (ускоренное) пе­ремещение ампулы. Для наблюдения за перемещением и положением ампулы относительно нагревателя зоны внутри закрытой камеры на сельсин - датчике смонтирован дублирующий механизм, аналогичный ме­ханизму перемещения ампулы. Ползун дублирующего механизма, имею­щий ту же скорость, что и ползун механизма перемещения ампулы, сое­динен нитью с указателем перемещения ампулы, расположенным на пе­редней стороне стола.

В камере создается давление инертного газа, необходимое для пре­дотвращения разрушения запаянной кварцевой ампулы под давлением паров летучего компонента. Газ поступает из баллона через редуктор, осушитель и игольчатый вентиль. При помощи другого такого же венти­ля сбрасывают газ из камеры-

Осушка газа из баллона в осушителе необходима для предотвраще­ния конденсации влаги на витках индуктора и на смотровом стекле. Пос­ле пуска газа в камеру и создания рабочего давления вентиль баллона и вентиль впуска газа в камеру перекрывают. При установившемся про­цессе, когда температурный режим стабилизирован, давление в камере остается постоянным. Размещенный внутри камеры индуктор можно подключить в случае необходимости питания его теплой водой к водоподогревателю, что уменьшает конденсацию на индукторе паров влаги.

Для питания индуктора установку комплектуют высокочастотным генератором. В шкафах управления генератором и установкой содер­жится вся необходимая электроаппаратура и приборы для управления установкой. Поддержание и запись температур фоновых электропечей осуществляют автоматически.

Система управления генератором основана на схеме, позволяющей осуществлять автоматическое поддержание заданной температуры в зо­не высокочастотного нагрева и запись ее при помощи электронного по­тенциометра.

Техническая характеристика установки для получения стехиометрических слитков фосфида галлия методом синтеза и зонной плавки в лодочках "приведена ниже:

Размеры ампулы, мм:

диаметр............................................... 31

длина....................................... 450

Длина лодочки, мм.............................. 200

Напрев зоны............................ Индукционный

Параметры нагрева:

частота, МГц.................................... 5,28