高真空金属单晶体生长炉设计与研究

发布时间：2017-09-27 13:41

  本文关键词：高真空金属单晶体生长炉设计与研究

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【摘要】：近年来,随着信息科技的发展,电线电缆的传输导线也不断的发展,其用量不断的增多,而且对其性能要求也越来越高。单晶体铜由于具有较强消除横向晶界的能力,并且拥有良好的保真性能和塑性,所以是作为超细高保真材料的首选材料。高真空固态相变法金属单晶体生长炉的主要作用是:将铜试件从高温的固态相缓慢而均匀的相变到低温固态相,从而获得低温固态相的金属单晶铜。因此,金属单晶体生长炉内的温度梯度和铜试件的移动速度是设计单晶体生长炉的技术关键点。首先,本文对高真空金属单晶体生长炉进行了整体的结构设计。该设计包括生长炉膛结构设计、试件移动机构设计和真空室设计三大部分。在单晶体生长炉的炉膛结构设计中,提出了炉膛的保温层采用4层钼和4层不锈钢的结构。在试件移动机构的设计中,采用螺旋传动来实现试件垂直方向上的往复直线移动。根据真空容器的稳态条件计算了真空室的厚度,并确定真空室的材料、冷却方式和结构形式。其次,应用有限元软件中的热分析模块,对生长炉的炉膛进行热分析。建立生长炉的三维模型,利用有限元分析软件ANSYS workbench,根据真空加热系统的工作情况,对生长炉的炉腔进行有限元热分析,得出了在稳定条件下生长炉炉腔的稳态温度分布云图,并对不同材料的生长炉膛进行对比分析。最后结合温度场的分析结果,对生长炉膛的结构进行改进。最后,对生长炉的温度控制系统进行PLC设计。通过PLC软件对上生长炉和下生长炉的加热步骤进行编程,依据生长炉的加热条件和加热方式,选取合理的加热丝材料作为加热元件。
【关键词】：金属单晶体 晶体生长炉 有限元热分析 温度控制系统
【学位授予单位】：沈阳大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK175
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-20
• 1.1 课题的来源及研究背景和目的11-12
• 1.1.1 课题的来源11
• 1.1.2 课题的背景11-12
• 1.1.3 研究目的12
• 1.2 高真空金属单晶体生长炉的概述12
• 1.3 高真空金属单晶体生长炉的国内外研究现状12-16
• 1.3.1 国外的研究现状13-15
• 1.3.2 国内的研究现状15-16
• 1.4 金属晶体的生长方法16-18
• 1.5 主要研究内容18-19
• 1.6 本章小结19-20
• 第2章 高真空金属单晶体生长炉的整体设计20-36
• 2.1 高真空金属单晶体生长设备概述20
• 2.2 生长炉总体设计20-23
• 2.2.1 生长炉的设计要求20-21
• 2.2.2 生长炉设计依据21
• 2.2.3 设计参数21-22
• 2.2.4 生长炉的结构设计22-23
• 2.3 试件移动机构设计23-28
• 2.3.1 移动机构的电机选择24-26
• 2.3.2 移动机构的传动零件计算26-28
• 2.4 真空系统设计28-35
• 2.4.1 真空室的设计要求28-29
• 2.4.2 真空室的结构29-31
• 2.4.3 真空室材料的选择31-32
• 2.4.4 真空泵的选择32-33
• 2.4.5 冷却系统33-34
• 2.4.6 氩气保护系统34-35
• 2.5 本章小结35-36
• 第3章 生长炉热分析的理论基础36-49
• 3.1 有限元法与有限元软件36-39
• 3.1.1 有限元法36-38
• 3.1.2 有限元软件ANSYS Workbench的介绍38-39
• 3.2 热分析模块39-44
• 3.2.1 热传导方式的数学方程39-42
• 3.2.2 载荷处理42-44
• 3.3 热应力的理论基础44-48
• 3.3.1 热弹性理论的数学方程44-46
• 3.3.2 热应力的求解方程46-48
• 3.4 本章小结48-49
• 第4章 单晶体生长炉的热分析与研究49-59
• 4.1 生长炉三维模型的建立49-51
• 4.2 生长炉有限元模型的建立51-52
• 4.2.1 有限元建模的准则51
• 4.2.2 网格划分51-52
• 4.3 单晶体生长炉的热分析52-56
• 4.3.1 单晶体生长炉的热分析目的52-53
• 4.3.2 基于workbench的生长炉温度场分析53-56
• 4.4 生长炉结构改进设计56-58
• 4.5 本章小结58-59
• 第5章 生长炉的温度控制系统59-67
• 5.1 控制系统工作原理及作用59-60
• 5.2 PLC控制设计60-65
• 5.2.1 PLC软件介绍60-61
• 5.2.2 PID控制算法61-62
• 5.2.3 PLC温度控制设计62-65
• 5.3 加热元件65-66
• 5.4 本章小结66-67
• 第6章 结论67-68
• 参考文献68-70
• 在学期间研究成果70-71
• 致谢71-72

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本文编号：930032