CN111561835A - 一种快速形成径向温度梯度分布的工装 - Google Patents

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毛丹波
毛羽丰
范斌
杜峻峰
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    • F28F21/08—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of metal
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Abstract

本发明提供了一种快速形成径向温度梯度分布的工装，所述工装包括圆形底部、传热主体、圆形工作平台、保温层、石英基片、导热硅脂等构成。其中水平圆形底部用于连接热源提供恒定温度，传热主体依靠本身的导热特性及与外界环境的热交换从而达到动态温度平衡，其侧面采用的是保温层进行隔热保温，赋予圆形工作平台的温度呈环向均匀分布、径向呈一定温度梯度分布，为了减小接触热阻，石英片通过导热硅脂与工作平台形成面接触，最后赋予石英基片表面温度呈环向均匀分布、径向呈一定温度梯度分布。本发明可以快速实现圆形水平基片径向温度连续梯度分布，且温度分布可控、操作方便可靠。

Description

一种快速形成径向温度梯度分布的工装
技术领域
本发明涉及光学薄膜制备技术领域，特别涉及一种快速形成径向温度梯度分布的工装。
背景技术
二元薄膜光学元件具有重量轻，易于折叠展开等优势，薄膜材料的厚度均匀性直接影响其波前误差，严重影响成像质量，制约着我国薄膜元件的实际应用。要提高薄膜元件的成像质量，就必须提高膜厚均匀性。国外目前能够将薄膜波前误差控制在1/4波长内，但对我国进行严密的技术封锁。国内目前商业化的光学薄膜膜厚均匀性很差，根本满足不了成像质量要求。高质量的薄膜制备技术只掌握在美国一些先进厂商和研究机构手中。为了缩小与国外的差距，提高薄膜元件制作工艺水平，特别是提高薄膜厚度均匀性减小波前误差，急需进行相关工艺工装创新。
发明内容
为了提高薄膜厚度均匀性制备光学均匀性薄膜，本发明提供一种快速形成径向温度梯度分布的工装。
本发明的技术方案如下：本发明的一种快速形成径向温度梯度分布的工装，所述工装包括圆形底部、传热主体、圆形工作平台、保温层、石英基片、导热硅脂等构成。其中水平圆形底部用于连接热源提供恒定温度，传热主体依靠本身的导热特性及与外界环境的热交换从而达到动态温度平衡，其侧面采用的是保温层进行隔热保温，赋予圆形工作平台的温度呈环向均匀分布、径向呈一定温度梯度分布，为了减小接触热阻，石英片通过导热硅脂与工作平台形成面接触，最后赋予石英基片表面温度呈环向均匀分布、径向呈一定温度梯度分布。
进一步地，工装主体材质热导率≥155W·K-1·m-1，比如6061铝合金，6063铝合金，1050铝合金，1070铝合金，铜，铝等，石英基片热导率为1.39W·K-1·m-1。
进一步地，水平圆形底部尺寸Ф5-Φ50mm，传热主体形状为圆柱形或者V形或者碗形或者凹弧形，圆形工作平台尺寸≥Ф430mm。
进一步地，圆形底部下表面、工作平台上表面与石英基片下表面的平面度优于0.05mm/m2，圆形底部与工作平台平行度优于0.02。
进一步地，热源温度30-60℃，控温精度0.1℃，环境温度25℃，工装与环境的换热系数≤1W·K-1·m-1。
进一步地，侧面保温层采用泡沫隔热棉或者铝箔隔热棉进行粘覆，只有石英基片的上表面及侧面与环境换热。
进一步地，通过设计工装尺寸、调控热源温度可对石英基片表面温度梯度分布进行精确控制。
本发明的有益效果在于：本发明提供了快速形成径向温度梯度分布的工装，可以快速实现圆形水平基片径向温度连续梯度分布，且温度分布可控、操作方便可靠，有望应用于光学薄膜制备领域，提高薄膜元件制作工艺水平，扩展我国薄膜元件的实际应用领域。
附图说明
图1为本发明工装的俯视图；
图2为实施例1的侧视图；
图3为实施例1得到的径向温度分布结果；
图4为实施例2的侧视图；
图5为实施例2得到的径向温度分布结果；
图6为实施例3的侧视图；
图7为实施例3得到的径向温度分布结果；
图8为实施例4的侧视图；
图9为实施例4得到的径向温度分布结果；
图中，1为圆形底部，2为传热主体，3为工作平台，4为保温层，5为石英基片，6为导热硅脂。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例1
工装1俯视图如图1所示，圆形底部1尺寸为Φ20mm，工作平台3尺寸为Φ430mm。工装1侧视图如图2所示，圆形底部1高度为5mm，传热主体2形状为圆柱形，厚度为15mm，石英基片5尺寸为Φ430mm*13mm，传热主体2外表面采用隔热泡沫棉保温层4进行保温，石英基片5与工作平台3之间涂覆薄层导热硅脂6确保面接触，工装材质为6061铝合金，环境温度25，℃热源温度60，℃保温一小时使工装与环境达到热平衡，测试石英基片5上表面温度分布，结果如图3所示，圆心处温度最高为41.2，℃沿着外径温度呈马鞍型逐步减小，最外径温度最低为37.6℃，温差为3.4，℃达到径向温度梯度分布。
实施例2
工装2俯视图如图1所示，圆形底部1尺寸为Φ20mm，工作平台3尺寸为Φ430mm。工装2侧视图如图4所示，圆形底部1高度为5mm，传热主体2形状为V形，高度为35mm，石英基片5尺寸为Φ430mm*13mm，传热主体2外表面采用隔热泡沫棉保温层4进行保温，石英基片5与工作平台3之间涂覆薄层导热硅脂6确保面接触，工装材质为6061铝合金，环境温度25，℃热源温度60，℃保温一小时使工装与环境达到热平衡，测试石英基片5上表面温度分布，结果如图5所示，圆心处温度最高为40.1℃，沿着外径温度呈弱马鞍型逐步减小，最外径温度最低为37.7℃，温差为2.4，℃达到径向温度梯度分布。
实施例3
工装3俯视图如图1所示，圆形底部1尺寸为Φ20mm，工作平台3尺寸为Φ430mm。工装2侧视图如图6所示，圆形底部1高度为5mm，传热主体2形状为碗形，高度为35mm，曲率半径为700mm，石英基片5尺寸为Φ430mm*13mm，传热主体2外表面采用隔热泡沫棉4进行保温，石英基片5与工作平台3之间涂覆薄层导热硅脂6确保面接触，工装材质为6063铝合金，环境温度25，℃热源温度60，℃保温一小时使工装与环境达到热平衡，测试石英基片5上表面温度分布，结果如图7所示，圆心处温度最高为40.1，℃沿着外径温度呈弱马鞍型逐步减小，最外径温度最低为38.0℃，温差为2.1℃，达到径向温度梯度分布。
实施例4
工装4俯视图如图1所示，圆形底部1尺寸为Φ20mm，工作平台3尺寸为Φ430mm。工装2侧视图如图8所示，圆形底部1高度为5mm，传热主体2形状为凹弧形，高度为35mm，曲率半径为700mm，石英基片5尺寸为Φ430mm*13mm，传热主体2外表面采用铝箔泡沫棉保温层4进行保温，石英基片5与工作平台3之间涂覆薄层导热硅脂6确保面接触，工装材质为6061铝合金，环境温度25，℃热源温度60，℃保温一小时使工装与环境达到热平衡，测试石英基片5上表面温度分布，结果如图9所示，圆心处温度最高为40.4℃，沿着外径温度呈线性逐步减小，最外径温度最低为37.1℃，温差为3.3℃，达到径向温度梯度分布。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种快速形成径向温度梯度分布的工装，其特征在于：所述工装包括圆形底部(1)、传热主体(2)、圆形工作平台(3)、保温层(4)、石英基片(5)和导热硅脂(6)；其中水平圆形底部(1)用于连接热源提供恒定温度，传热主体(2)依靠本身的导热特性及与外界环境的热交换从而达到动态温度平衡，其侧面采用的是保温层(4)进行隔热保温，赋予圆形工作平台(3)的温度呈环向均匀分布、径向呈一定温度梯度分布，为了减小接触热阻，石英基片(5)通过导热硅脂(6)与工作平台(3)形成面接触，最后达到石英基片(5)表面温度呈环向均匀分布、径向呈一定温度梯度分布。
2.根据权利要求1所述的快速形成径向温度梯度分布的工装，其特征在于：工装主体材质热导率≥155W·K-1·m-1，比如6061铝合金，6063铝合金，1050铝合金，1070铝合金，铜，铝等，石英基片(5)热导率为1.39W·K-1·m-1。
3.根据权利要求1所述的快速形成径向温度梯度分布的工装，其特征在于：水平圆形底部(1)尺寸Ф5-Φ50mm，传热主体(2)形状为圆柱形或者V形或者碗形或者凹弧形，圆形工作平台(3)尺寸≥Ф430mm。
4.根据权利要求1所述的快速形成径向温度梯度分布的工装，其特征在于：圆形底部(1)下表面、工作平台(3)上表面与石英基片(5)下表面的平面度优于0.05mm/m2，圆形底部(1)与工作平台(3)平行度优于0.02。
5.根据权利要求1所述的快速形成径向温度梯度分布的工装，其特征在于：热源温度30-60℃，控温精度0.1℃，环境温度25℃，工装与环境的换热系数≤1W·K-1·m-1。
6.根据权利要求1所述的快速形成径向温度梯度分布的工装，其特征在于：侧面保温层(4)采用泡沫隔热棉或者铝箔隔热棉进行粘覆，只有石英基片(5)的上表面及侧面与环境换热。
7.根据权利要求1所述的快速形成径向温度梯度分布的工装，其特征在于：通过设计工装尺寸、调控热源温度可对石英基片(5)表面温度梯度分布进行精确控制。
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