CN203894592U - 一种用于石墨烯薄膜制备的cvd监控系统 - Google Patents
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Abstract
一种用于石墨烯薄膜制备的CVD监控系统，包括温控仪、真空泵、流量计、真空计、温度传感器、控制杆、进料和出料输送系统、PLC控制柜、数据线和信号线；温控仪、流量计、温度传感器与加热炉连接；真空泵、真空计与进料室、加热炉和出料室连接，分别用于抽真空和测量真空度；进料和出料输送系统分别位于进料室和出料室；控制杆用于进料和出料输送系统中的送取物料作业；PLC控制柜通过数据线和信号线与温控仪，真空泵，流量计，真空计，温度传感器，控制杆，进料室、出料室缸盖，进料室、出料室与加热炉间挡板阀连接并进行控制。本实用新型可在线监测和保存关键工艺参数的实时波形和数据，自动化程度高，可靠性和稳定性高，抗干扰能力强。
Description
技术领域
本实用新型涉及石墨烯薄膜制备工艺监控系统，尤其涉及基于PLC的用于石墨烯薄膜制备的CVD监控系统。
背景技术
近几年来，石墨烯的研究热潮吸引了国内外材料领域研究者的兴趣。目前已报道的石墨烯材料的制备方法有：机械剥离法、化学氧化法、晶体外延生长法、化学气相沉积法、有机合成法和碳纳米管剥离法等。其中化学沉积(Chemicalvapor deposition,CVD)为最常用方法方法。随着对CVD石墨烯薄膜制备技术、生长机理及应用技术等研究的不断深入，石墨烯薄膜制备正从实验室逐步向产业化过渡。产业化的关键是降低制作成本，在大面积CVD石墨烯薄膜制备过程中，管式炉内加热温度、真空度和气体流量等参数是影响大面积石墨烯薄膜成膜质量、成膜速度的关键因素，因此，实现CVD石墨烯薄膜大面积优质生长的精确自动化监控是使其走向产业化的有效技术途径。而常规电脑及工控机监控手段的抗干扰能力差、可靠性低，难以精确判断和掌握CVD系统内温度、流量、真空度等关键工艺参数。
实用新型内容
针对现有技术存在的不足，本实用新型提供了一种用于石墨烯薄膜制备的CVD监控系统，该系统可在线监测和保存温度、真空度、气体流量等关键参数的实时波形和数据，实现连续化作业，提高工作效率，自动化程度高，操作方便，可靠性和稳定性高，抗干扰能力强。
本实用新型的技术方案如下：
一种用于石墨烯薄膜制备的CVD监控系统，包括温控仪、真空泵、流量计、真空计、温度传感器、控制杆、进料和出料输送系统、PLC控制柜、数据线和信号线；所述温控仪、流量计、温度传感器与加热炉连接；所述真空泵、真空计与进料室、加热炉和出料室连接，分别用于抽真空和测量真空度；所述进料和出料输送系统分别位于进料室和出料室；所述控制杆用于所述进料和出料输送系统中的送取物料作业；所述PLC控制柜通过所述数据线和信号线与所述温控仪，真空泵，流量计，真空计，温度传感器，控制杆，进料室、出料室缸盖，进料室、出料室与加热炉之间挡板阀连接并进行控制，实现工艺参数的实时监控和数据保存。
其进一步的技术方案为：
所述温控仪用于对炉管加热，其选自任何可将加热温度控制在0～1500℃内的加热装置。
所述真空泵选自可将进料室、加热炉和出料室内真空度抽至10-2Pa的装置。
所述流量计用于控制气体流量，其选自任何可精确将气体流量控制在0～10slm的装置。
所述温度传感器用于测量加热炉内温度，加热炉内温度，其选自任何可精确测量温度的装置，其使用范围为0～1500℃，精度为±0.1℃～±50℃。
所述PLC控制柜触摸屏主界面包括温度、流量、真空度实时波形，温控仪电源开关按钮及启动按钮，流量计阀门开关按钮，真空泵电源开关按钮及启动按钮，缸盖开关按钮，进料室、出料室与加热炉间挡板阀开关按钮，控制杆动作按钮，总启动按钮，总停止按钮。
所述PLC控制柜触摸屏根据操作权限可在操作员界面、工程师界面、设备工程师界面之间相互切换。
所述PLC控制柜在开机时，该系统所有设备处于待机状态，在所述PLC控制柜触摸屏上设置分段控制的时间、温度及流量参数。
在监控过程中，所述PLC控制柜触摸屏动态指示程序运行处于哪一阶段，并对每一步运行情况进行倒计时。
所述控制杆选自任何可用于送取物料的驱动杆。
所述监控系统可实现手动及自动两种控制方式。
在监控过程中，所述PLC控制柜对出现故障进行判断并报警。
本实用新型有益的技术效果在于：
本实用新型针对具有缓冲仓结构的连续生长石墨烯薄膜的CVD系统，以PLC自动控制系统为核心，可根据工艺要求对温控仪、流量计、真空泵、控制杆及缓冲仓（进料室、出料室）缸盖或挡板阀等设备进行精确有效控制，在线监测和保存加热炉管内温度、真空度、气体流量等关键参数的实时波形和数据，有利于操作人员直观地监视炉管内石墨烯薄膜生长情况及进行数据分析处理，实现连续化作业，自动化程度高（另可通过PLC控制柜触摸屏按钮手动操作），减少了工作人员手动操作，触摸屏设置操作方便，另设故障报警系统，安全性高；较之传统的电脑和工控机监控手段，本系统大大提高了监控的抗干扰能力、稳定性和可靠性。
附图说明
图1为本实用新型实施例用于石墨烯薄膜制备的CVD监控系统示意图，其中，1：加热炉、2：进料室、3：出料室、4：控制杆、5：进料室与加热炉间挡板阀、6：出料室与加热炉间挡板阀、7：PLC控制柜、8：流量计、9：温控仪、10：温度传感器、11：真空泵、12：真空计。
图2为本实用新型实施例用于石墨烯薄膜制备的CVD监控系统工作流程图。
具体实施方式
下面结合附图，对本实用新型进行具体描述。
如图1所示，本用于石墨烯薄膜制备的CVD监控系统包括温控仪9（宇电AI-708P）、真空泵11（欧瑞康莱宝D30）、流量计8（七星华创CS200）、真空计12（TamaGawa PG500）、温度传感器10（K型热电偶）、进料和出料输送系统、PLC控制柜7、数据线和信号线；温控仪9、流量计8、温度传感器10与加热炉1连接；真空泵11、真空计12与进料室2、加热炉1和出料室3连接，分别用于抽真空和测量真空度；进料和出料输送系统分别位于进料室2和出料室3；控制杆5用于进料和出料输送系统中的送取物料作业；PLC控制柜7通过数据线和信号线与温控仪9，真空泵11，流量计8，真空计12，温度传感器10，进料室、出料室缸盖，进料室与加热炉间挡板阀5，出料室与加热炉间挡板阀6连接并进行控制，实现工艺参数的实时监控和数据保存；PLC控制柜7触摸屏主界面包括温度、流量、真空度实时波形，温控仪电源开关按钮及启动按钮，流量计阀门开关按钮，真空泵电源开关按钮及启动按钮，缸盖开关按钮，进料室、出料室与加热炉间挡板阀开关按钮，控制杆动作按钮，总启动按钮，总停止按钮；PLC控制柜7触摸屏根据操作权限可在操作员界面、工程师界面、设备工程师界面之间相互切换。
如图2所示，本实施例运用该系统进行石墨烯薄膜制备的CVD监控包括如下步骤：
（1）PLC控制柜7开机，该系统内所有设备处于待机状态，首先通过PLC控制柜8主界面监视加热炉1内温度、真空度、流量以及进料室2、出料室3内真空度，点击打开所有设备电源开关；
（2）打开进料室2缸盖，放入物料，关闭缸盖，启动真空泵11抽真空；
（3）在PLC控制柜8触摸屏上设置分段控制的时间、温度及流量参数；
（4）当进料室2真空度与加热炉1内真空度一样时，打开进料室与加热炉间挡板阀5，控制杆4动作，将物料送入加热炉1内，关闭进料室与加热炉间挡板阀5；
（5）点击总启动按钮，此时如果进料室缸盖，出料室缸盖以及进料室、出料室与加热炉间挡板阀中任何一个处于打开状态，则提示缸盖或阀门未关闭，不能启动，需检查并关闭所有缸盖及挡板阀才能进入运行阶段，如果缸盖及挡板阀均已关闭，真空泵11启动，流量计阀门打开，温控仪9启动，根据步骤（3）设置的参数开始运行并进入实时监控状态：主界面上动态指示每个程序运行段中加热炉温度、流量、真空度及进料室、出料室真空度波形及倒计时，并对数据进行实时保存（该数据可调取和拷贝，以供数据分析）；
（6）当加热炉1内薄膜生长好后，打开出料室与加热炉间挡板阀6，出料输送系统中的控制杆4将物料输送至出料室，关闭该挡板阀，抽真空，使出料室3真空度与加热炉1内真空度一样；再打开进料室与加热炉间挡板阀5，进料输送系统中的控制杆4将物料输送至加热炉1内，关闭该挡板阀，继续生长，重复以上操作实现连续化生产；工艺结束，点击总停止按钮；
（7）当监控过程中出现故障时，PLC控制柜8可对故障进行判断并报警。
还可通过PLC控制柜7触摸屏按钮手动操作完成上述监控过程。
综上，本监控系统可在线监测和保存加热炉管内温度、真空度、气体流量等关键参数的实时波形和数据，有利于操作人员直观地监视炉管内石墨烯薄膜生长情况及进行数据分析处理，实现了连续化作业，提高了工作效率，自动化程度高（另可通过PLC控制柜触摸屏按钮手动操作），触摸屏设置操作方便，另设故障报警系统，安全性能好；较之传统的电脑和工控机监控手段，本系统大大提高了监控的抗干扰能力、稳定性和可靠性。
以上描述是对本实用新型的解释，不是对实用新型的限定，本实用新型所限定的范围参见权利要求，在本实用新型的保护范围之内，可以作任何形式的修改。
Claims (7)
1.一种用于石墨烯薄膜制备的CVD监控系统，其特征在于：包括温控仪、真空泵、流量计、真空计、温度传感器、控制杆、进料和出料输送系统、PLC控制柜、数据线和信号线；所述温控仪、流量计、温度传感器与加热炉连接；所述真空泵、真空计与进料室、加热炉和出料室连接，分别用于抽真空和测量真空度；所述进料和出料输送系统分别位于进料室和出料室；所述控制杆用于所述进料和出料输送系统中的送取物料作业；所述PLC控制柜通过所述数据线和信号线与所述温控仪，真空泵，流量计，真空计，温度传感器，控制杆，进料室、出料室缸盖，进料室、出料室与加热炉之间挡板阀连接。
2.如权利要求1所述用于石墨烯薄膜制备的CVD监控系统，其特征在于：所述温控仪选自任何可将加热温度控制在0~1500℃内的加热装置。
3.如权利要求1所述用于石墨烯薄膜制备的CVD监控系统，其特征在于：所述真空泵选自可将进料室、加热炉和出料室内真空度抽至10-2Pa的装置。
4.如权利要求1所述用于石墨烯薄膜制备的CVD监控系统，其特征在于：所述流量计选自任何可精确将气体流量控制在0~10slm的装置。
5.如权利要求1所述用于石墨烯薄膜制备的CVD监控系统，其特征在于：所述温度传感器选自任何可精确测量温度的装置，其使用范围为0~1500℃，精度为±0.1℃~±50℃。
6.如权利要求1所述用于石墨烯薄膜制备的CVD监控系统，其特征在于：所述PLC控制柜触摸屏主界面包括温度、流量、真空度实时波形，温控仪电源开关按钮及启动按钮，流量计阀门开关按钮，真空泵电源开关按钮及启动按钮，缸盖开关按钮，进料室、出料室与加热炉间挡板阀开关按钮，总启动按钮，总停止按钮。
7.如权利要求1所述用于石墨烯薄膜制备的CVD监控系统，其特征在于：所述监控系统有手动及自动两种控制方式。
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