[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(yuǎn)紅外加熱裝置中，由于設(shè)計(jì)計(jì)算較難，石英管加熱系統(tǒng)的應(yīng)用受到一定的限制，關(guān)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(shù)玻璃，是一種非常優(yōu)良的基礎(chǔ)材料。石英玻璃具有一系列優(yōu)良的物理、化學(xué)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(kuò)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(shí)會(huì)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(jí)水晶石，純度高，含有害的雜質(zhì)很少，對(duì)于擴(kuò)散、配制合金等能保證質(zhì)量，因此閉管擴(kuò)散常采用石英管。

石英管的制備：根據(jù)擴(kuò)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(zhuǎn)化為遠(yuǎn)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(zhǎng)的乳白色加熱管。且乳白色具有遮光效應(yīng)，阻止了其熱量。

相關(guān)技術(shù)性能如下：

1、耐高溫

石英玻璃的軟化點(diǎn)溫度約1730℃，可在1100℃下長(zhǎng)時(shí)間使用，短時(shí)間最高使用溫度可達(dá)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(xué)反應(yīng)，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(xué)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(huì)炸裂。

4、透光性能好

石英玻璃在紫外線到紅外線的整個(gè)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(dá)80以上。

5、電絕緣性能好

石英玻璃的電阻值相當(dāng)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(duì)象為預(yù)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(diǎn)。首先，調(diào)節(jié)對(duì)象是間歇工作的，每一個(gè)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(dòng)加熱的?；鹧婕訜釁^(qū)，原料反應(yīng)區(qū)都是在移動(dòng)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(cè)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(cè)單元根據(jù)對(duì)象的特點(diǎn)，這里選用了非接觸式測(cè)溫方式。所用儀表為紅外幅射測(cè)溫儀。它和噴燈一起安裝在玻璃車床的拖板上，其探測(cè)目標(biāo)位于石英管火焰加熱區(qū)的前部。為了盡量減小測(cè)量時(shí)延，選擇了響應(yīng)時(shí)間只有零點(diǎn)幾秒的測(cè)溫儀，可以近似地看成一個(gè)純比例環(huán)節(jié)。這為系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)近似實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)創(chuàng)造了條件。

調(diào)節(jié)、執(zhí)行單元間歇開關(guān)受車床行程開關(guān)和偏差鑒別電路控制。當(dāng)每次沉積過程結(jié)束時(shí)，間歇開哭動(dòng)作，使調(diào)節(jié)器的輸出由自動(dòng)狀態(tài)自動(dòng)地切換到手動(dòng)狀態(tài)，強(qiáng)行使電動(dòng)調(diào)節(jié)閥固定在手動(dòng)操作所給定的閥位上不動(dòng)，此閥位與調(diào)節(jié)處于平穩(wěn)狀態(tài)時(shí)的閥位一致。與此同時(shí)，間歇開關(guān)還打開與電動(dòng)調(diào)節(jié)閥并聯(lián)的兩個(gè)電磁閥（它們都控制一定的氣體流量），加大燃料氣體供應(yīng)量，驅(qū)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(shè)定位返步關(guān)閉兩個(gè)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(dāng)溫度上升至給定值時(shí)，電路使調(diào)節(jié)器的輸出由手動(dòng)自動(dòng)地切換到自動(dòng)，系統(tǒng)進(jìn)人自動(dòng)調(diào)節(jié)狀態(tài)。2

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

張靜 - 副教授 - 西南大學(xué)