[科普中国]-石英管加热系统

石英管加热系统广泛用于各种远红外加热装置中，由于设计计算较难，石英管加热系统的应用受到一定的限制，关键在子选择合适的石英管。

石英管石英管是用二氧化硅制造的特种工业技术玻璃，是一种非常优良的基础材料。石英玻璃具有一系列优良的物理、化学性能。用于电火桶，电烤火炉，电取暖器里面，起发热作用。

闭管扩散要用石英管，这是由于石英管能耐1250℃左右的高温，而且在1800℃以上时会变得很柔软且很粘，能做成所需要的形状。另一方面由于石英管采用的原料是特级水晶石，纯度高，含有害的杂质很少，对于扩散、配制合金等能保证质量，因此闭管扩散常采用石英管。

石英管的制备：根据扩散硅片直径的不同，来选择石英管的内径、壁厚等参数。1

加热原理石英管是采用了经特殊工艺加工的乳白石英玻璃管、配用电阻合材料作为发热子，由于乳白石英玻璃可以吸收来自电热丝辐射的几乎全部的可见光和近红外光、且能使之转化为远红外辐射。但工业用红外线加热管基本淘汰了乳白色石英管，因其料性比较脆，故不能形成很长的乳白色加热管。且乳白色具有遮光效应，阻止了其热量。

相关技术性能如下：

1、耐高温

石英玻璃的软化点温度约1730℃，可在1100℃下长时间使用，短时间最高使用温度可达1450℃

2、耐腐蚀

除氢氟酸外，石英玻璃几乎不与其他酸类物质发生化学反应，其耐酸能力是陶瓷的30倍，不锈钢的150倍，尤其是在高温下的化学稳定性，是其他任何工程材料都无法比拟的。

3、热稳定性好

石英玻璃的热膨胀系数极小，能承受剧烈的温度变化，将石英玻璃加热至1100℃左右，放入常温水中也不会炸裂。

4、透光性能好

石英玻璃在紫外线到红外线的整个光谱波段都有较好的透光性能，可见光透过率在93%以上，特别是在紫外光谱区，最大透过率可达80以上。

5、电绝缘性能好

石英玻璃的电阻值相当于普通玻璃的一万倍，是很好的电绝缘材料，即使在高温下也具有良好的电性能。

温度控制系统在温度控制系统中，调节对象为预制棒的原材料石英管，被调参效为石英管火焰加热区的温度，它们都有白己的一些特点。首先，调节对象是间歇工作的，每一个生产周期包括沉积过程和间歇过程两部分。它们之间倒换频繁，温度差别很大。其次，石英管是由氢氧喷灯移动加热的。火焰加热区，原料反应区都是在移动的。

如图是石英管火焰加热区温度控制系统的沤图。它主要由温度检测单元和调节、执行单元两部分组成。

火焰加热区温度检测单元根据对象的特点，这里选用了非接触式测温方式。所用仪表为红外幅射测温仪。它和喷灯一起安装在玻璃车床的拖板上，其探测目标位于石英管火焰加热区的前部。为了尽量减小测量时延，选择了响应时间只有零点几秒的测温仪，可以近似地看成一个纯比例环节。这为系统实现近似实时调节创造了条件。

调节、执行单元间歇开关受车床行程开关和偏差鉴别电路控制。当每次沉积过程结束时，间歇开哭动作，使调节器的输出由自动状态自动地切换到手动状态，强行使电动调节阀固定在手动操作所给定的阀位上不动，此阀位与调节处于平稳状态时的阀位一致。与此同时，间歇开关还打开与电动调节阀并联的两个电磁阀（它们都控制一定的气体流量），加大燃料气体供应量，驱使石英管火焰加热区温度迅速上升。随着温度上升，由偏差鉴别单元根据设定位返步关闭两个电磁阀，不断降低温度上升斜率。这样做既可以使火焰加热区的温度迅速上升，又不致产生超调。当温度上升至给定值时，电路使调节器的输出由手动自动地切换到自动，系统进人自动调节状态。2

本词条内容贡献者为:

张静 - 副教授 - 西南大学