[发明专利]多物理场耦合液桥毛细对流综合实验平台及方法

说明书

本发明涉及多物理场耦合液桥毛细对流综合实验平台及方法，其包括液桥生成装置、丝杠导轨装置、电机转动装置、支架旋转装置、剪切气流施加装置、流动结构图像采集装置、温度信息采集及反馈控制装置；丝杠导轨装置包括导轨电机、直线模组滑轨及位移智能控制终端；在直线模组滑轨上设置有滑块；位移智能控制终端为传感器或行程开关；支架旋转装置包括滑轨支架、支撑轴、底座、支撑轴支架、上托架及下托架；滑轨支架在底座的右侧；支撑轴支架在底座的左侧；本发明设计合理、结构紧凑且使用方便，能够实现多物理场同时施加。

技术领域

本发明涉及多物理场耦合液桥毛细对流综合实验平台及方法。尤其涉及一种毛细对流综合实验平台，属于介尺度流体物理学技术领域，具体涉及一种带有全自动多物理场耦合施加功能的毛细对流综合实验平台。

背景技术

浮区法是一种广泛使用制备高质量半导体晶体材料的方法。物料棒受外界加热，熔区被支撑于两个固体物料端之间，并逐渐提拉受热熔区。在现有的实验研究阶段中，液桥则是用于模拟浮区法晶体生长过程而建立的一种理想的物理模型。

目前，已有的毛细对流实验研究结果表明施加外部物理场可以抑制液桥内部毛细对流的周期性振荡，通过外加物理场下毛细对流流动特性的研究有利于揭示晶体生长过程中杂质条纹的产生机理，开发适宜的抑制手段。目前，该领域研究中所涉及的外部物理场，包括：旋转运动场、倾角重力场、周围剪切气流、磁场、浓度场、温度场、光场和声场等。但是，现有关于外加物理场抑制振荡毛细对流的文献中所介绍的液桥实验系统大多为传统液桥实验平台(功能单一，只能承担单一物理场对液桥内部毛细对流影响的研究)，或是基于数值模拟方法实现的多物理场耦合下液桥毛细对流研究，尚未研制出能够同时施加多物理场耦合(旋转运动、重力倾角、周围剪切气流、浓度差、温度差)的液桥毛细对流综合实验平台.

发明内容

本发明所要解决的技术问题总的来说是提供一种多物理场耦合液桥毛细对流综合实验平台及方法。因此，本专利基于上述问题开发的能够实现旋转运动、重力倾角、周围剪切气流、浓度差和温度差多物理场功能同步耦合施加的液桥毛细对流综合实验平台。以此用于研究多物理场耦合对液桥内部周期性振荡毛细流动的抑制，通过该实验系统平台得到的实验结果可为高质量半导体晶体制备技术开发提供必要的理论依据。

为解决上述问题，本发明所采取的技术方案是：

一种多物理场耦合液桥毛细对流综合实验平台，包括液桥生成装置、丝杠导轨装置、电机转动装置、支架旋转装置、剪切气流施加装置、流动结构图像采集装置、温度信息采集及反馈控制装置；

丝杠导轨装置包括导轨电机、直线模组滑轨及位移智能控制终端；在直线模组滑轨上设置有滑块；位移智能控制终端为传感器或行程开关；

支架旋转装置包括滑轨支架、支撑轴、底座、支撑轴支架、上托架及下托架；滑轨支架在底座的右侧；支撑轴支架在底座的左侧；

其中，上托架安装在滑块上，下托架安装在直线模组滑轨上；直线模组滑轨与底座连接；支撑轴与滑轨支架连接；

液桥生成装置包括上托架、上盘、上座、下托架、下盘及下座；其中，上盘安装在上座下部，下盘安装在下座上部；

在上座上连接有轴承座，轴承座垂直固定于上托架上，下托架通过对应的螺钉将下座垂直固定，下托架固定在丝杠导轨装置的直线模组滑轨上，上盘与下盘同轴中心相对；

电机转动装置包括自转电机、电机套、电机托架、电机架及皮带；其中，自转电机卡在电机托架上，电机托架通过螺栓安装在电机架上，上座和电机套通过皮带相连接；

剪切气流施加装置包括流量计、节流阀、气体钢瓶、送气管及送气通道；其中，对应送气通道分别设置在上座和下座内部，通过送气进口与送气管相通；流量计、节流阀、气体钢瓶通过送气管连接；