[实用新型]一种晶体高饱和度连续快速生长的控制系统

说明书

本实用新型涉及一种晶体高饱和度连续快速生长的控制系统，系统包括控制装置、检测装置、执行装置和晶体生长装置。控制装置由PLC主机模块、触摸屏、热电阻输入模块、12个固态继电器和二台变频器组成；PLC主机模块通过输入接口与检测装置中的液位开关及测温热电阻相连，通过输出接口与执行装置中的电加热、电磁阀、循环泵及输送泵相连。溶液配制罐内溶剂和溶质共存，通过控制温度进行溶解，可使溶液所溶解的溶质含量接近溶解温度下的平衡溶质浓度。由于溶液配制罐温度大于培养罐生长温度，从而使溶液中溶解的溶质浓度高于生长温度下的平衡溶质浓度，保证进入培养罐的溶液处于过饱和状态。本实用新型系统提高了大尺寸晶体的生长速度。

技术领域

本实用新型涉及晶体生长控制系统，尤其涉及一种晶体高饱和度连续快速生长的控制系统，属于生产过程设备领域。

背景技术

KDP(磷酸二氢钾，KH₂PO₄)型晶体是人们发现最早的一类性能优良的非线性光学晶体材料，这类晶体材料具有较大的非线性光学系数，较宽的透过波段，光学均匀性优良，易于实现相位匹配，最突出的优点是易于生长优质大尺寸单晶体。因其具有较大的电光和非线性光学系数、高的光损伤阈值、低的光学吸收、高的光学均匀性和良好的透过波段等特点而被广泛应用于激光、电光调制和光快速开关等高技术领域。

晶体生长是利用对物质相变过程的控制，获得具有一定的尺寸和性能的晶体。溶液法是最悠久的晶体生长方法。它是将原料溶解在溶剂中，通过改变环境条件使晶体在过饱和状态按设定方式析出，形成单晶，随着材料的性质不同，该方法又可分为数十种晶体生长技术。降温法是通过降低溶液的温度以获得晶体生长所需的过饱和度，实现晶体生长的方法。采用降温法进行晶体生长时其过程是非连续的。随着生长过程的推移，溶质总量不断减少，当溶质达到一定小的值后晶体将终止生长。假如在晶体生长过程中采用一些方法进行溶质的连续补充，则可实现晶体的连续生长。

流动法晶体生长设备由主培养罐、过热过滤箱、溶液配制罐、高饱和度平衡箱组成，低过饱和度的生长溶液回流到溶液配制罐内溶解新的原料。流动法中晶体生长、生长溶液过热过滤、溶液配制和生长溶液高饱和度平衡四个环节形成一个闭环，使晶体一直在相同条件下生长。同时，可以随时添加原料以弥补溶液配制罐内被消耗的溶质。

流动法有利于生长大尺寸且质量和性能均匀一致的晶体，但是该方法除了要控制各个环节的成分和温度之外，更重要的是控制溶液的流动，所以控制系统比较复杂。

实用新型内容

为了批量生产大尺寸优质的KDP晶体，本实用新型提供了一种晶体高饱和度连续快速生长的控制系统。

本实用新型所采用的技术方案是：

一种晶体高饱和度连续快速生长的控制系统包括控制装置、检测装置、执行装置和晶体生长装置。

检测装置包括培养罐热电阻T1、过热过滤箱热电阻T2、过热过滤箱三点式液位传感器L1、溶液配制罐热电阻T4、高饱和度平衡箱热电阻T3、高饱和度平衡箱三点式液位传感器L2；

执行装置包括载晶架交流电机6、培养罐电加热器2、培养罐水循环泵3、培养罐电磁阀9、过热过滤箱电加热器12、过热过滤箱水循环泵17、过热过滤箱电磁阀20、溶液配制罐电加热器31、溶液配制罐水循环泵33、溶液配制罐电磁阀30、高饱和度平衡箱电加热器22、高饱和度平衡箱水循环泵27、高饱和度平衡箱电磁阀26和生长溶液输送泵15；

控制装置包括PLC主机模块、触摸屏、热电阻输入模块、12个固态继电器和二台变频器；

晶体生长装置包括带夹套的培养罐1、培养罐载晶架5、过热过滤箱11、带夹套的溶液配制罐32、放置晶体原料的托盘39、高饱和度平衡箱21和生长溶液循环装置；