Модели процессов выращивания оптических кристаллов для синтеза промышленных систем автоматического управления

• Автор: Табултаев, Сайын Сейдинкожаевич
• Шифр специальности: 05.13.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1984
• Место защиты: Ленинград
• Количество страниц: 230 c. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.
I. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ АВТОМАТИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ВЫРАЩИВАНИЯ ОПТИЧЕСКИХ КРЮ ТАЛЛОВ ИЗ РАСПЛАВА. I

1.1. Процессы производства оптических кристаллов . Ю

1.2. Краткая характеристика промышленных кристаллизацион ных установок для выращивания оптических кристаллов

как объектов управления .

1.3. Обобщенная модель класса технологических процессов выращивания оптических кристаллов из расплава

1 Анализ задач моделирования и управления ТП выращивания

1.5. Определение методологической основы и постановка задач диссертационной работы .
1.5.1. Конструктивные функции системного подхода к задаче моделирования технологических процессов выращивания оптических кристаллов
1.5.2. Постановка задачи формирования математической модели технологического процесса выращивания оптических кристаллов
Основные результаты и выводы .
2. ОБОБЩЕННАЯ МОДЕЛЬ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ВЫРАЩИВАНИЯ ОПТИЧЕСКИХ КРИСТАЛЛОВ ИЗ РАСПЛАВА СТРУКТУРНЫЙ И ПАРАМЕТРИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ
2.1. Функциональная модель обобщенного технологического
процесса выращивания оптических кристаллов из расплава
Стр.
2.2. iодинамическое описание подсистем обобщенного технологического процесса выращивания оптических кристаллов из расплава.
2.2.1. Формирование вектора координат состояния обобщенного технологического процесса выращивания оптических кристаллов
2.2.2. Модели термодинамического взаимодействия подсистем обобщенного ТП выращивания ОК . . .
2.2.3. Структурное представление операторов термодинамического взаимодействия .
2.2.4. Определение параметров типовой термодинамической структуры.
Основные результаты и выводы
3. ПОСТРОЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ВЫРАЩИВАНИЯ ОПТИЧЕСКИХ КРИСТАЛЛОВ ИЗ РАСПЛАВА ПО МЕТОДУ ГОРИЗСНТАЛЬНОНАПРАВЛЕНН ОЙ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ .
3.1. Синтез модели нулевого ранга ТП выращивания ОК . . .
3.2. Синтез модели первого ранга ТП выращивания ОК . . .
3.3. Синтез сигнального графа модели ТП выращивания ОК . III
3.3.1. Построение сигнального графа низшего уровня описания ТП выращивания ОК .
3.3.2. Построение сигнального графа среднего уровня описания ТП выращивания ОК .
3.3.3. Построение сигнального графа верхнего уровня описания ТП выращивания ТК
3.3.3.1. Сигнальный граф гидравлических взаимодействий
3.3.3.2. Сигнальный граф электромеханических взаимодействий.
Стр.
3.3.3.3. Сигнальный граф пневматических взаимодействий .
3.3.3.4. Сигнальный граф электрических взаимодействий
3.4. Оценка параметров операторов модели ТП выращивания
3.4.1. Тепловые взаимодействия .
3.4.2. Гидравлические взаимодействия .
3.4.3. Тепло и массообмен в технологическом теле .
3.4.4. Электрические и электромеханические взаимо
дейс твия
Основные результаты и выводы .
4. АНАЛИЗ МОДЕЛИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ВЫРАЩИВАНИЯ ОПТИЧЕСКИХ КРИСТАЛЛОВ И РАЗРАБОТКА ДВУХУРОВНЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ УСТАНОВКОЙ СГВК.
4.1. Подготовка к машинному анализу
4.2. Энтропийный критерий оптимальности процесса кристаллизации
4.3. Исследование модели ТП выращивания ОК с помощью частной модели
4.4. Двухуровневая система управления процессом выращивания ОК в установке СГВК.
4.4.1. Алгоритмы управления первого уровня САУ установкой СГВК.
4.4.2. Структура второго уровня САУ установкой СГВК
4.5. Техническое обеспечение систем управления установкой
4.5.1. Информационное обеспечение перспективной системы управления установкой СГВК .
4.5.1Л. Преобразователи электрических величин
4.5.1.2. Преобразователи механических величин
4.5.1.3. Преобразователи тепловых величин . .
4.5.2. Техническая структура перспективной системы управления установкой СГВК.
4.5.3. Многоканальное программнозадающее устройство
Основные результаты и выводы .
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
ЛИТЕРАТУРА


Глубокий вакуум обеспечивает диффузионный насос , который подсоединен к камере через плоский затвор II , а к форвакуумному насосу через вентиль . Весь технологический цикл состоит из нескольких стадий различной длительности расплавление, затравление, выращивание, охлаждение. Сначала тигель вводится в зону наиболее высоких температур максимальная температура в рабочем объеме может превышать значения 2СС , где выдерживается некоторое время до полного расплавления шихты. После выдержки тигель начинает перемещаться в направлении убывания температуры. На некотором уровне, где температура равна температуре кристаллизации изотерма кристаллизации , происходит кристаллизация расплава. В связи с этим уместно отметить, что поскольку точное положение изотермы кристаллизации неизвестно, то для гарантии Пересе
чения тиглем изотермы, его протягивают по всей длине нагревателя. По окончании протягивания производится отжиг кристалла путем программного понижения мощности выделяемой в нагревателе общий вид температурной программы процесса выращивания показан далее на рис Л. Метод БриджменаСтокбаргера позволяет выращивать монокристаллы как спонтанным зарождением, так и с введением затравки. В случае спонтанного зарождения дну контейнера придают коническую форму. По мере опускания контейнера в холодную зону в вершине конуса возникают немногочисленные центры кристаллизации. Между образовавшимися кристалликами идет геометрический отбор, и в результате остается один кристалл, который разрастаясь, занимает все сечение контейнера . Существуют значительные разногласия по вопросу об условиях, необходимых для выращивания из расплава монокристаллов с совершенной структурой 5, . Принято считать, что для выращивания ОК требуемого структурного совершенства необходимо избегать тепловых и механических колебаний. При таких колебаниях кристалл растет неправильно, причем в нем возникают дефекты остаточные напряжения, дислокация и т. Весьма важно поддерживать фронт кристаллизации плоским . Зто ослабляет механические напряжения при охлаждении и позволяет избегать деформации монокристаллов в пластическом состоянии. Колебания температуры устраняются посредством регулирования степени нагрева. Это обеспечивается автоматическими системами стабилизации температуры подробнее об этом см. Механические колебания, т. Скорость роста зависит от величины температурного градиента у фронта кристаллизации большему градиенту соответствует большая
допустимая скорость роста . Исследования в области кристаллизации 9, показывают, однако, что совершенство кристаллов тем выше, чем меньше их скорость роста. Обычно ОК выращиваются при скорости около Ю ммчас. В частности, скорость опускания контейнера должна быть достаточно малой, чтобы обеспечить при кристаллизации отвод теплоты через кристалл. В этом случае фронт кристаллизации остается плоским и горизонтальным. Если контейнер опускать с относительно большой скоростью, то поток тепла может оказаться направленным к боковым стенкам, что способствует поликристаллическому росту. Для управления технологическим процессом предусмотрены управляемый тиристорный усилитель РНТО, регулируемый вентиль 2 и регулируемый плоский затвор II. В табл. Л помещены ориентировочные данные о датчиках, исполнительных устройствах, установленных на установках, реализующих рассмотренный метод. Метод горизонтальнонаправленной кристаллизации. В последние годы метод горизонтальнонаправлэиной кристаллизации существенно развитый Х. С.Багдасаровым5 получил значительное развитие, в связи с потребностью в получении крупных монокристаллов. Технологическая схема установки, реализующей данный метод, приведена на рис. Сущность метода заключается в том, что тигель с технологическим телом продвигается в горизонтальном направлении через тепловой узел с нагревателем, конструкция которого обеспечивает некоторый температурный градиент по его длине. При этом вещество, вначале расплавившись, кристаллизуется. Тигель приводится в движение электрическим приводом механизм протягивания. Таблица IЛ.