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随着激光和光电子技术的日益发展与应用,以磁光玻璃为材料的各种磁光元件越来越受到关注,同时对磁光玻璃的性能也要求越来越高,所以对熔制磁光玻璃的高温炉的要求也不断提高,普通的高温炉远远不能满足生产要求。
磁光玻璃分为顺磁玻璃和逆磁玻璃,实验室主要研究是含有稀土离子Tb3+的顺磁玻璃,制作玻璃的Verdet常数达-0.38min/Oe.cm,达到同类玻璃的国际水平,但所得磁光玻璃的尺寸小,而且还有微小的气泡和条纹,严重影响玻璃的质量和Verdet常数的提高。为了制作更大尺寸的磁光玻璃,尽量消除玻璃中缺陷,并结合实验室现有高温炉的分析和研究,参考最新高温炉的设计制作经验,设计一台磁光玻璃专用高温炉。
高温炉集熔化、浇注和退火为一体。炉体分为两部分:上部是熔化炉,熔化的最高温度设计为1600℃;下部是退火炉,退火的最高温度设计为1200℃。熔化炉对磁光玻璃进行熔化和搅拌,搅拌器可上升下降,搅拌器上下驱动装置采用滚珠丝杠驱动,上升下降匀速,且平稳。浇注采用最新的流管技术,即在铂金坩埚底部焊接很长的铂金流管,流管上焊有铂金电极,电极加热流管,玻璃固体熔化后,开始进行浇注,电极加热停止,玻璃液便开始凝固,封堵住流管,为下次熔化做准备。退火炉中设计了可以匀速上升下降的随动装置,减少玻璃液浇注时的扰动,提高了浇注质量。随动驱动装置采用低速电机和滚珠丝杠,上升下降匀速,定位准确,动作平稳。
高温炉的熔化炉和退火炉采用相同温控系统,即硅钼棒、铂铑型热电偶、固态继电器和智能温度调节仪AI708P,利用AI708P对炉温进行50段内的程序温度调节控制。高温炉的搅拌装置、随动装置、铂金电极加热等采用PLCS7-200(CUP224)控制。智能温度调节仪和PLC与电脑相连接,电脑对它们进行实时监控和操作,数据记录等。因此,整个电炉就从熔化、浇注、成型到退火保留了手动控制,又实现了自动控制,电脑监控,数据无纸记录,为玻璃熔制工艺的设计与研究提供大量数据。
采用流体模拟软件fluent对磁光玻璃的熔化和凝固过程进行简单二维模拟,分析熔化过程中玻璃液体积在坩埚中的分布变化以及温度分布,分析凝固过程中固体玻璃体积在模具中的分布变化,分析和优化整个炉体的设计与研究,从而优化整个炉体的设计。
磁光玻璃专用高温炉的设计与研究,将大大优化磁光玻璃的熔制工艺,提高熔化、成型和退火的质量,有效地减少环境污染,消除玻璃缺陷,增大尺寸,增加磁光玻璃的Verdet常数。