化学气相沉积电加热炉的设计与加热过程分析

摘要

高温炉是用于制作预制棒的专用设备。在进行预制棒的拉制过程中，一般都是通过不断的向高温炉内通入混合气体，使得气体粒子沉积在光棒上，通过不断沉积，以形成预制棒。为了能够制作出质量比较好的预制棒，这就要求高温炉的工作温度在2000℃以上，因此，石墨类加热炉成为首选。具体工作内容如下：
　　1）根据实验室科研及实验需要，自主设计出具有较高加热温度的光纤预制棒拉丝炉结构，包括高温炉的外壳体的选材与外观设计，耐火层、保温层的材料选择，保温层的厚度计算，发热体的形状设计与选择材料；对温度控制和温度检测系统进行了研究，并且提出了一种适合实验室所用的方法，对所设计的高温炉进行温度检测与控制，在实验室中，采用XTMA-1000系列智能数字显示调节仪，并用PID方法对炉温进行控制，以达到能够实时对温度进行控制与检测。
　　2）应用ANSYS软件对高温炉内部的温度分布进行了仿真模拟，包括发热体表面及附近空气层的温度分布；发热体在高温情况下挥发导致发热体直径变小和未变化时的温度分布进行了比较，发现发热体在直径变小的情况下，温度会降低；在预制棒制作过程中，发热体挥发出的碳原子会和喷入的气体发生化学反应，并附着在发热体表面，通过仿真得出此情况下温度场分布，发现此情况下温度会升高。
　　3）对所设计的高温炉进行了温度性能测试，包括在升温过程中，高温炉的升温速率；在达到预制棒制作所需要的温度时，高温炉保持温度稳定性的性能测试；在预制棒制作完成后，停止供电，高温炉在冷却水的作用下降温速度。实验结果显示，高温炉升温速度很快，完全能够保证快速的达到一个很高的温度；在达到此温度时，能够保证一个长时间的温度稳定性；在预制棒制作结束后，能够很快的降低到室温。这些结果表明所设计的高温炉能够符合实验室标准。
　　4）应用MCVD法进行预制棒的研制进行了深入研究，并用所设计出的高温炉亲自拉制出一根预制棒。结果显示，设计的高温炉能够满足实际需求。

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第1章 绪论

1.1 课题研究的目的与意义

1.2 高温炉的分类

1.3 国内外研究现状

1.4 本论文的研究内容

第2章 高温电加热炉的总体方案与关键技术

2.1 高温电加热炉的总体方案

2.2 系统的设计指标要求

2.3 高温炉的结构设计

2.4 电阻加热器的温控系统

2.5 本章小结

第3章 加热炉的温度分布仿真

3.1 问题的提出

3.2 ANSYS软件介绍

3.3 高温炉的热量传输

3.4 发热体的温度分布仿真

3.5 发热体直径变化对温度分布的影响

3.6 杂质对发热体的影响

3.7本章小结

第4章 高温电加热炉性能测试实验

4.1 温度调节控制

4.2 电阻加热炉温度特性测试

4.3 本章小结

第5章 基于该电加热炉的预制棒制备工艺

5.1 化学气相沉积原理

5.2 预制棒的制作过程

5.3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢