[科普中國]-石英管加熱系統(tǒng)

石英管加熱系統(tǒng)廣泛用于各種遠紅外加熱裝置中，由于設計計算較難，石英管加熱系統(tǒng)的應用受到一定的限制，關鍵在子選擇合適的石英管。

石英管石英管是用二氧化硅制造的特種工業(yè)技術玻璃，是一種非常優(yōu)良的基礎材料。石英玻璃具有一系列優(yōu)良的物理、化學性能。用于電火桶，電烤火爐，電取暖器里面，起發(fā)熱作用。

閉管擴散要用石英管，這是由于石英管能耐1250℃左右的高溫，而且在1800℃以上時會變得很柔軟且很粘，能做成所需要的形狀。另一方面由于石英管采用的原料是特級水晶石，純度高，含有害的雜質(zhì)很少，對于擴散、配制合金等能保證質(zhì)量，因此閉管擴散常采用石英管。

石英管的制備：根據(jù)擴散硅片直徑的不同，來選擇石英管的內(nèi)徑、壁厚等參數(shù)。1

加熱原理石英管是采用了經(jīng)特殊工藝加工的乳白石英玻璃管、配用電阻合材料作為發(fā)熱子，由于乳白石英玻璃可以吸收來自電熱絲輻射的幾乎全部的可見光和近紅外光、且能使之轉化為遠紅外輻射。但工業(yè)用紅外線加熱管基本淘汰了乳白色石英管，因其料性比較脆，故不能形成很長的乳白色加熱管。且乳白色具有遮光效應，阻止了其熱量。

相關技術性能如下：

1、耐高溫

石英玻璃的軟化點溫度約1730℃，可在1100℃下長時間使用，短時間最高使用溫度可達1450℃

2、耐腐蝕

除氫氟酸外，石英玻璃幾乎不與其他酸類物質(zhì)發(fā)生化學反應，其耐酸能力是陶瓷的30倍，不銹鋼的150倍，尤其是在高溫下的化學穩(wěn)定性，是其他任何工程材料都無法比擬的。

3、熱穩(wěn)定性好

石英玻璃的熱膨脹系數(shù)極小，能承受劇烈的溫度變化，將石英玻璃加熱至1100℃左右，放入常溫水中也不會炸裂。

4、透光性能好

石英玻璃在紫外線到紅外線的整個光譜波段都有較好的透光性能，可見光透過率在93%以上，特別是在紫外光譜區(qū)，最大透過率可達80以上。

5、電絕緣性能好

石英玻璃的電阻值相當于普通玻璃的一萬倍，是很好的電絕緣材料，即使在高溫下也具有良好的電性能。

溫度控制系統(tǒng)在溫度控制系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)對象為預制棒的原材料石英管，被調(diào)參效為石英管火焰加熱區(qū)的溫度，它們都有白己的一些特點。首先，調(diào)節(jié)對象是間歇工作的，每一個生產(chǎn)周期包括沉積過程和間歇過程兩部分。它們之間倒換頻繁，溫度差別很大。其次，石英管是由氫氧噴燈移動加熱的。火焰加熱區(qū)，原料反應區(qū)都是在移動的。

如圖是石英管火焰加熱區(qū)溫度控制系統(tǒng)的漚圖。它主要由溫度檢測單元和調(diào)節(jié)、執(zhí)行單元兩部分組成。

火焰加熱區(qū)溫度檢測單元根據(jù)對象的特點，這里選用了非接觸式測溫方式。所用儀表為紅外幅射測溫儀。它和噴燈一起安裝在玻璃車床的拖板上，其探測目標位于石英管火焰加熱區(qū)的前部。為了盡量減小測量時延，選擇了響應時間只有零點幾秒的測溫儀，可以近似地看成一個純比例環(huán)節(jié)。這為系統(tǒng)實現(xiàn)近似實時調(diào)節(jié)創(chuàng)造了條件。

調(diào)節(jié)、執(zhí)行單元間歇開關受車床行程開關和偏差鑒別電路控制。當每次沉積過程結束時，間歇開哭動作，使調(diào)節(jié)器的輸出由自動狀態(tài)自動地切換到手動狀態(tài)，強行使電動調(diào)節(jié)閥固定在手動操作所給定的閥位上不動，此閥位與調(diào)節(jié)處于平穩(wěn)狀態(tài)時的閥位一致。與此同時，間歇開關還打開與電動調(diào)節(jié)閥并聯(lián)的兩個電磁閥（它們都控制一定的氣體流量），加大燃料氣體供應量，驅使石英管火焰加熱區(qū)溫度迅速上升。隨著溫度上升，由偏差鑒別單元根據(jù)設定位返步關閉兩個電磁閥，不斷降低溫度上升斜率。這樣做既可以使火焰加熱區(qū)的溫度迅速上升，又不致產(chǎn)生超調(diào)。當溫度上升至給定值時，電路使調(diào)節(jié)器的輸出由手動自動地切換到自動，系統(tǒng)進人自動調(diào)節(jié)狀態(tài)。2

本詞條內(nèi)容貢獻者為:

張靜 - 副教授 - 西南大學