CN114473746B - 一种用于碲镉汞液相外延用石墨舟磨合的自动化装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于碲镉汞液相外延用石墨舟磨合的自动化装置，包括位于工作台面上的底座夹具单元、磨合行程控制单元、磨合力度控制单元和喷淋单元以及位于其正面的总控制器；磨合行程控制单元、磨合力度控制单元和自动喷淋单元分别与总控制器电连接；底座夹具单元用于固定石墨舟底座；磨合行程控制单元位于底座夹具单元的后方；磨合力度控制单元由力度控制器及电动机组成，力度控制器的一端固定于运动座上，另一端固定于石墨舟滑块上；磨合行程控制单元由螺杆导轨、运动座、限位开关、换向开关及报警装置构成；喷淋单元位于底座夹具单元的上方，磨合过程中进行喷水。本发明可提高石墨舟加工精度及石墨舟零件相互之间的配合程度。

Description

一种用于碲镉汞液相外延用石墨舟磨合的自动化装置

技术领域

本发明属于光电材料制备技术领域，涉及一种用于碲镉汞液相外延用石墨舟磨合的自动化装置。

背景技术

碲镉汞(Hg1-xCdxTe)材料的禁带宽度可随组分x的变化在0～1.6eV范围内连续调节，实现对整个红外波段的探测，碲镉汞红外焦平面是武器装备光电系统中需求最为迫切、应用最为广泛的关键核心器件，在精确制导、反导预警、对地观测、深空探测等领域有着广泛的应用需求。随着红外焦平面探测器向高分辨率、高灵敏度、高工作温度等方向的发展，对器件性能提出了更高的要求，作为红外探测器的基础—碲镉汞薄膜，其厚度均匀性、波长均匀性在很大程度上影响着器件的性能。

碲镉汞薄膜的生长，需要一个可控的生长环境，其中至关重要的一个环节就是石墨舟的设计。在理论计算时整个生长过程是理想化的，在实际生产中，往往会因为加工精度的限制而引入石墨舟组件尺寸误差。碲镉汞液相外延薄膜对厚度均匀性、波长均匀性的要求均在微米级，一些微小的误差足以影响外延薄膜的厚度、波长均匀性。在碲镉汞液相外延过程中，石墨舟不是静止的，而是随着生长过程做一定机械运动，如果石墨舟各个组件之间存在一定间隙无法紧密配合，或者某些滑动面压力过大、摩擦力过大，都会使液相外延环境重复性不好，失汞速率不均匀，母液温度、组分不均匀，极大影响碲镉汞薄膜质量，严重时还会对石墨舟造成损伤；另一方面，加工精度不足导致了石墨舟在进行规模化、统一化生产时遇到了重复性差、可控性差的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：

基于碲镉汞液相外延薄膜用石墨舟经过切削加工后，如何解决石墨舟各个零件之间因无法很好配合所造成的薄膜生长时生长环境不可控、甚至最终导致碲镉汞薄膜厚度均匀性及波长均匀性变差的问题。

本发明的基本思路是：

在以往的生产中，石墨舟通过数控机床切削加工后即投入使用，没有经过表面处理与动态磨合。本发明通过使用磨合石墨舟自动化装置对石墨舟进行磨合，提高石墨舟各组件之间的配合程度，减小理论计算与实际生产中的偏差，使液相外延薄膜生长环境更为稳定、可控，并明显提高薄膜的厚度均匀性以及波长均匀性。

本发明的技术方案为：

一种用于碲镉汞液相外延用石墨舟磨合的自动化装置，包括工作台及位于其台面上的底座夹具单元、磨合行程控制单元、磨合力度控制单元和自动喷淋单元以及位于其正面的总控制器；所述磨合行程控制单元、磨合力度控制单元和自动喷淋单元分别与总控制器电连接。

所述底座夹具单元用于固定石墨舟底座于工作台面上；所述底座夹具使用聚四氟乙烯制成，通过调整夹具旋钮，达到锁定不同形状不同规格的石墨磨合背景材料。聚四氟乙烯具有自润性，耐腐蚀，硬度低的特点，是一种相对洁净的材料。采用聚四氟乙烯制作的夹具可以避免引入杂质对石墨舟造成污染，同时还可以起到保护石墨舟的作用。

所述磨合行程控制单元位于底座夹具单元的后方，用于控制石墨舟滑块磨合时的运动方向与范围大小。

所述磨合力度控制单元由力度控制器及电动机组成，两者之间为信号连接关系，力度控制器与总控制器电连接；力度控制器的一端通过一个外框固定于运动座上，另一端则固定于石墨舟滑块上，为整个磨合过程提供动力来源并控制磨合时的力度范围；所述喷淋单元位于底座夹具单元的上方，用于控制磨合过程中进行喷水以及喷水的时间与流量。

所述磨合行程控制单元由螺杆导轨、运动座、限位开关、换向开关及报警装置构成。所述限位开关、换向开关、报警装置等均与总控制器电连接，使用时可根据需要通过总控制器对磨合范围进行设定，超过规定磨合范围时将触发限位开关，装置立即停止并发出警报。该单元还用于设定不同石墨舟零件需要的磨合距离与磨合方向。

所述螺杆导轨的作用为限定磨合运动的方向，使用时可以根据实际需要调整好角度后固定在工作台面；所述运动座是装置工作时把电机动力传递给石墨舟滑块的装置，运动座主体嵌套于螺杆导轨上，当电机转动时将带动运动座沿导轨移动；所述换向开关固定于导轨的两端。当装置工作时，运动座触碰到换向开关将改变运动座的运动方向，以此来限定往复磨的行程；限位开关固定于导轨的两端，相对于换向开关的位置更远离导轨中间点，当运动座触碰到限位开关时装置将立即停止。这是为防止磨合过程中，由于装置故障或者人员误操作时运动座移动范围过大导致的装置损坏或者石墨舟损坏的情况。

所述磨合力度控制单元在装置工作时，电动机将按照程序设定带动运动座往复运动，而力度控制器会将磨合力度信息反馈给总控制器，总控制器会即时调整电机输出的扭矩和转速。当磨合力度等于设定值时即认为磨合已经完成，装置停止。当磨合力度大于某个上限时则触发总控制器报警，立即停止运行，避免对装置本身或者石墨舟造成损伤。

所述自动喷淋单元由喷淋头和与之连接的流量控制器构成。所述流量控制器与总控制器电连接。首先，石墨在磨合时整个过程需要以高纯水作为石墨部件之间的润滑剂，另一方面，在磨合过程中会产生石墨粉，需要用纯水冲洗干净。当磨合装置工作时，高纯水将按照流量控制器所设定的流量从喷淋头喷出。在磨合过程中喷淋管根据总控制器设定的流量自动喷出高纯水，并且通过喷淋头可以设定水柱形态。喷淋的纯水可以润滑石墨舟部件表面，并冲洗磨合产生的石墨粉，保证磨合精度。

所述总控制器的作用为设定磨合程序以及各个单元的运行参数，包括磨合行程范围、磨合速度、力度范围、喷淋流量、运行时间等。

本发明的有益效果如下：

通过设计一种用于碲镉汞液相外延用石墨舟磨合的自动化装置，填补了以往切削加工后未对石墨舟进行磨合处理的工艺空白。利用该装置可以使石墨舟各个部件配合紧密。整个磨合过程中，磨合力度、速度、磨合程度都重复、可控，最大程度保证了磨合过程的稳定性。加入的报警保护装置能有效保护石墨舟及磨合装置。

附图说明

图1为本发明一种自动化石墨舟磨合装置的正视图；

图2为本发明一种自动化石墨舟磨合装置的俯视图；

图中：1：底座夹具单元，1-1：横向夹板，1-2：纵向夹板；2：磨合行程控制单元，2-1：导轨，2-2：运动座，推杆，2-3：限位开关，2-4：换向开关；3：磨合力度控制单元，3-1：力度控制器，3-2：电动机；4：自动喷淋单元，4-1：喷淋头，4-2：流量控制器；总控制器5，6：工作台。

实施方式

下面结合附图以及实施例对本发明的目的、内容和优点作进一步说明，此处描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不限定本发明。

本发明是为了解决液相外延用石墨舟各组件无法紧密配合，导致液相外延环境不稳定，影响薄膜的厚度、波长均匀性问题。

为了解决上述问题，本发明提供了一种用于碲镉汞液相外延用石墨舟磨合的自动化装置。其中包括了：工作台6、底座夹具单元1、磨合行程控制单元2、磨合力度控制单元3、喷淋单元4及总控制器5。在装置工作时，所述底座夹具固定石墨舟底座于工作台面上；磨合行程控制单元控制了石墨舟滑块磨合时的运动方向与范围大小，磨合力度控制单元为整个磨合过程提供动力来源并控制磨合时的力度范围，喷淋单元控制了磨合过程中喷水的时间与流量。

下面对各个部件分别做详细说明：

图中所示，底座夹具由横向夹板1-1、纵向夹板1-2组成，2组夹板可以独立在工作台上调整位置以适应不同的石墨舟底座尺寸，调整完成后石墨舟底座可以固定在工作台上。夹板表面材料使用聚四氟乙烯制成，由于聚四氟乙烯具有自润性、耐腐蚀、硬度低的特点，可以避免引入杂质，并且起到保护石墨舟的作用。

图中所示，磨合行程控制单元2包括螺杆导轨2-1、运动座2-2、限位开关2-3、及换向开关2-4组成。

所述螺杆导轨2-1的作用为限定磨合运动的方向，使用时可以根据实际需要调整好角度后固定在工作台面；运动座2-2是装置工作时把电机动力传递给石墨舟滑块的装置，运动座主体嵌套于螺杆导轨上，当电机转动时将带动运动座沿导轨移动；换向开关2-3固定于导轨的两端。当装置工作时，运动座触碰到换向开关将改变运动座的运动方向，以此来限定往复磨的行程；限位开关2-3固定于导轨的两端，相对于换向开关的位置更远离导轨中间点，当运动座触碰到限位开关时装置将立即停止。这是为防止磨合过程中，由于装置故障或者人员误操作时运动座移动范围过大导致的装置损坏或者石墨舟损坏的情况。

图中所示，磨合力度控制单元3包括力度控制器3-1及电动机3-2，两者之间为信号连接关系。力度控制器3-1的一端通过一个外框固定于运动座2-2上，另一端则固定于石墨舟滑块上。装置工作时，电动机将按照程序设定带动运动座2-2往复运动，而力度控制器3-1会将磨合力度信息反馈给总控制器5，总控制器会即时调整电机输出的扭矩和转速。当磨合力度等于设定值时即认为磨合已经完成，装置停止。当磨合力度大于某个上限时则触发总控制器报警，立即停止运行，避免对装置本身或者石墨舟造成损伤。

图中所示，自动喷淋单元4由喷淋头4-1和与之连接的流量控制器4-2构成。石墨在磨合时整个过程需要以高纯水作为石墨部件之间的润滑剂，另一方面，在磨合过程中会产生石墨粉，需要用纯水冲洗干净。当磨合装置工作时，高纯水将按照流量控制器4-2所设定的流量从喷淋头4-1喷出。

此外，装置还包括与磨合行程控制单元2、磨合力度控制单元3及喷淋单元4建立信号连接的总控制器5。其作用为设定磨合程序以及各个单元的运行参数，包括磨合行程范围、磨合速度、力度范围、喷淋流量、运行时间等。

本发明基于碲镉汞液相外延薄膜生长用石墨舟加工精度不足，石墨舟各组件之间配合度差，导致液相外延工艺不稳定，液相外延薄膜厚度、波长均匀性差的问题。从石墨舟表面磨合处理角度出发，加入自动化石墨舟磨合工艺，使石墨舟各个零件之间紧密配合，提高整个液相外延过程将更加可控。

实施例

请参阅图中所示，本发明提供一种自动化石墨舟磨合装置，通过自动化石墨舟磨合工艺达到石墨舟各部件之间的紧密配合。

本发明实施例中，所述自动化石墨舟磨合装置的操作流程如下：①将待磨合的石墨舟底座固定于装置的底座夹具上，调整好后将夹板固定于工作台上。②根据需要好调整螺杆上的磨合行程开关，以石墨舟底座位置为基准，左右磨合行程均设置为15cm，并于20cm处设置限位开关。③设置磨合力度控制器以50N为正常工作推力，并设置100N为力度控制器报警上限，并将力度控制器与石墨舟滑块连接好，防治松脱。④设置纯水喷淋流量为200ml/min。⑤设定运行时间3小时，开启装置运行直至程序结束。使用本发明提供的自动石墨舟磨合装置后，石墨舟组件表面粗糙纹理消失，各组件之间能够紧密配合。使用磨合后的石墨舟进行液相外延生长，能够有效改善由于母液失汞不稳定而导致的薄膜厚度不均匀问题，如表1至表4所示。

表1未使用本发明时碲镉汞液相外延薄膜厚度(微米)

表2使用本发明时碲镉汞液相外延薄膜厚度(微米)

表3未使用本发明时碲镉汞液相外延薄膜波长(微米)

表4使用本发明碲镉汞液相外延薄膜波长(微米)

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种用于碲镉汞液相外延用石墨舟磨合的自动化装置，其特征在于：

包括工作台及位于其台面上的底座夹具单元、磨合行程控制单元、磨合力度控制单元和喷淋单元以及位于其正面的总控制器；所述磨合行程控制单元、磨合力度控制单元和自动喷淋单元分别与总控制器电连接；

所述底座夹具单元用于固定石墨舟底座于工作台面上；

所述磨合行程控制单元位于底座夹具单元的后方，用于控制石墨舟滑块磨合时的运动方向与范围大小；

所述磨合力度控制单元由力度控制器及电动机组成，两者之间为信号连接关系，力度控制器与总控制器电连接；力度控制器的一端通过一个外框固定于运动座上，另一端则固定于石墨舟滑块上，为整个磨合过程提供动力来源并控制磨合时的力度范围；

所述磨合行程控制单元由螺杆导轨、运动座、限位开关、换向开关及报警装置构成；所述限位开关、换向开关、报警装置均与总控制器电连接，使用时根据需要通过总控制器对磨合范围进行设定，超过规定磨合范围时将触发限位开关，装置立即停止并发出警报；该单元还用于设定不同石墨舟零件需要的磨合距离与磨合方向；

所述喷淋单元位于底座夹具单元的上方，用于控制磨合过程中进行喷水以及喷水的时间与流量；

所述力度控制器将磨合力度信息反馈给总控制器，总控制器会即时调整电动机输出的扭矩和转速；当磨合力度等于设定值时即认为磨合已经完成，装置停止；当磨合力度大于某个上限时则触发总控制器报警，立即停止运行，避免对装置本身或者石墨舟造成损伤；

所述螺杆导轨固定在工作台的台面上，用于限定磨合运动的方向；

所述运动座主体嵌套于螺杆导轨上，当电动机转动时将带动运动座沿螺杆导轨移动，把电动机动力传递给石墨舟滑块；

所述换向开关固定于螺杆导轨的两端，当运动座触碰到换向开关将改变运动座的运动方向，以此来限定往复磨的行程；

所述限位开关固定于螺杆导轨的两端，相对于换向开关的位置更远离螺杆导轨中间点，当运动座触碰到限位开关时装置将立即停止。

2.根据权利要求1所述的用于碲镉汞液相外延用石墨舟磨合的自动化装置，其特征在于：所述电动机将按照程序设定带动运动座往复运动。

3.根据权利要求1所述的用于碲镉汞液相外延用石墨舟磨合的自动化装置，其特征在于：所述流量控制器与总控制器电连接，磨合过程中所述喷淋管根据总控制器设定的流量自动喷出高纯水。

4.根据权利要求3所述的用于碲镉汞液相外延用石墨舟磨合的自动化装置，其特征在于：所述喷淋头能够设定水柱形态。

5.根据权利要求1至4任一项所述的用于碲镉汞液相外延用石墨舟磨合的自动化装置，其特征在于：所述总控制器的作用为设定磨合程序以及各个单元的运行参数，包括磨合行程范围、磨合速度、力度范围、喷淋流量及运行时间。

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