Введение к работе
Актуальность работы. Разработка новых технологий в различных сферах человеческой деятельности ставит задачу получения новых материалов, позволяющих эффективно применять такие технологии. Так, например, массовое применение глобальных информационных сетей стало возможным благодаря волоконно-оптическим линиям связи. Использование лазеров в области цифровой записи информации и медицинских целях связано с появлением новых полупроводниковых светоизлучающих материалов, мощных лазеров в военные и технологических целях, с разработкой новых оптических материалов, способных выдерживать длительную тепловую нагрузку без заметных оптических искажений.
Практическое использование поликристаллических материалов, в частности в оптике лазеров для инфракрасного" (ИК) диапазона излучения доказало их преимущество перед монокристаллами. Поликристаллические изделия, не отличаясь по оптическим характеристикам от монокристаллов, значительно превосходят их по механической, эрозионной и термической СТОЙКОСТИ. > '
Кроме того, время, затрачиваемое на производство гюликристаллических
заготовок, существенно меньше времени роста монокристаллов при получе
нии поликристаллического материала значительно больших габаритов, что
в итоге связано с экономичностью способов получения, меньшим содер
жанием внугризеренньгх дефектов,'таких как дислокации в области упругих
напряжений. ' "-' '. ч.
Методы газофазного осаждения обеспечили успех в создании поликристаллических покрытий и изделий из самых разнообразных материалов, в.том числе из тугоплавких металлов, карбидов, нитридов, оксидов, фторидов и халькогенидов. С применением этих методов были получены халькогениды цинка (в частности, селенид цинка) и кадмия (теллурид кадмия) с оптическими и прочностными характеристиками, близкими к теоретическим величинам.
Селенид цинка является широкрспектральньгм оптическим материалом и используется в качестве элементов конструкционной оптики. Поликристаллический, селенид цинка химически стоек, не взаимодействует с водой, на воздухе окисляется очень медленно, начиная с 300 .-'350 С, стоек к радиации: изменение оптической плотности образца толщиной 5 мм после облучения дозой 107 Рентген не происходит. Этим объясняется его широкое применение в лазерной технике.
Таким образом,' сфера' применения селенида цинка с ускорением научно-
технического прогресса расширяется^ что, в свою очередь, вызывает необхо
димость в увеличении объёмов его' производства, улучшении качества мате
риалов, снижении себестоимости Готового продукта. ',,> ! .-
Сказанное выше определяет актуальность и необходимость постановки и
решения задач оптимизации процесса производства поликристаллического
селенида цинка. '.: . ......
Процесс производства поликристаллического селенида цинка относится к
классу сложных химико-технологических процессов. Технологические и кон
структивные особенности его организации и протекания (высокие температу
ры^ сильное разрежение, фазовые превращения и массоперенос парогазовой
смеси) не позволяют применять в условиях промышленного производства не
обоснованные технологические режимы. Используемые в настоящее время
режимы не обеспечивают высокого выхода конечного продукта при удовле
творении требований к его качеству. ' <'
Цель работы. Целью работы является минимизация цикла осаждения заготовки поликристаллического селенида цинка при удовлетворении требований по качеству продукта путем отыскания оптимальных значений входных (управляющих) переменных технологического процесса. Достижение поставленной цели рбеспечивается решением следующих задач:
.....-,разработкой математического описания процесса производства поликристаллического селенида цинка;
- разработкой и реализацией,алгоритма решения уравнений математиче
ского, описания; ...
-..проведением исследования процесса производства поликристаллического селенида цинка как объекта управления;
.- постановкой и решением.задачи оптимизации процесса производства
поликристаллического селенида цинка; .;.-
- разработкой системы управления технологическим процессом.
Научная новизна работы заключается в следующем:
разработано математическое описание процесса производства поликристаллического селенида цинка, адекватно отражающее теплотехнические особенности процесса и'оіттеескиехарактеристики продукта и пригодная для решения задач исследования и оптимизации;
предложен метод расчета тепловых потоков на внешней поверхности реактора при теплопереносе-излучением от-теплЬвого источника к реактору в вакууме с использованием "функций влияния";''
поставлена и решена задача оптимизации процесса производства поли-кристаллическогр селенида цинка, обеспечивающая минимизацию цикла осаждения (увеличение. производительности) при удовлетворительных оптических характеристикаххеленида цинка (коэффициент пропускания);
предложена система оптимального управления статическим режимом.
Обоснованность научных результатов. Достоверность основных научных положений, выводов и рекомендаций подтверждена и обоснована с помощью методов системного анализа. Для получения достоверного результата в исследованиях был применен метод математического моделирования.
Научные результаты диссертации получили практическое подтверждение
в ходе сравнения даггаых численных исследований на., базе разработанной
математической модели технологического процесса с экспериментальными
данными. -: '!..
Практическая ценность работы заключается в следующем.
Предложенный метод расчета тепловых потоков на внешней поверхности реактора и разработанные программы позволяют использовать расчетные дан-ные для построения системы управления технологическим процессом.
Исследованы статические характеристики изучаемого процесса, резуль
таты исследования оформлены в виде рекомендаций обслуживающему
персоналу. "-.
Алгоритмическое и программное обеспечение достаточно универсально и может использоваться для исследования различных конструкций установки для получения поликристаллического селенида цинка PVD-методом.
Реализация работы. Результаты работы используются в ФГУП
"ТамбовНИХИ": '- '-
Апробация работы. Материалы работы докладывались в период 1992 -1996 гг. на конференциях ТГТУ, "Математические методы в химии и химической технологий", г.Тверь, конференции по вопросам получения И'свойствам высокочистых материалов, г. Нижний Новгород.
Публикации. Основное содержание работы отражено в 5 публикациях.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, списка литературы и приложения.