一种测量化学气相沉积炉原料蒸发量的装置和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及化学气相沉积技术领域，尤其涉及一种测量原料蒸发量的装置和方法。
【背景技术】
[0002]现代科学和技术需要使用大量功能各异的无机新材料，这些功能材料必须是高纯的，或者是在高纯材料中有意地掺入某种杂质形成的掺杂材料。化学气相沉积是近几十年发展起来的制备无机材料的新技术。化学气相沉积法已经广泛用于提纯物质、研制新晶体、淀积各种单晶、多晶或玻璃态无机薄膜材料。
[0003]化学气相沉积法是一种制备材料的气相生长方法，它是把一种或几种含有构成薄膜元素的化合物、单质气体通入放置有基材的反应室，借助空间气相化学反应在基体表面上沉积固态薄膜的工艺技术。这些材料可以是氧化物、硫化物、氮化物、碳化物或砸化物，也可以是II1-V、I1-1V、IV-VI族中的二元或多元的元素间化合物，而且它们的物理功能可以通过气相掺杂的沉积过程精确控制。目前，化学气相沉积已成为无机合成化学的一个新领域。
[0004]化学沉积具有诸多优点，能够在中温或高温下，通过气态的初始化合物之间的气相化学反应而形成固体物质沉积在基体上;能够在常压或者真空条件下;采用等离子和激光辅助技术可以显著地促进化学反应，使沉积可在较低的温度下进行;并且涂层的化学成分可以随气相组成的改变而变化，从而获得梯度沉积物或者得到混合镀层，还能控制涂层的密度和涂层纯度;特别是可在复杂形状的基体上以及颗粒材料上镀膜，适合涂覆各种复杂形状的工件，由于它的绕镀性能好，所以可涂覆带有槽、沟、孔，甚至是盲孔的工件，还能通过各种技术对化学反应进行气相扰动，以改善其结构等等。
[0005]目前利用化学气相沉积法来制备产品的过程中，一般参与化学气相沉积的一种原料可能为固体，其余原料为气体，气体可以采用流量计准确测量气体的实时流量，但是固体很难实时测量其反应的量，尤其是在大型的化学气相沉积炉。化学气相沉积炉是一个密闭的空间，且温度比较高，则更难实时监测里面固体的反应情况。尤其是实际应用中，原料量大的实时生产，如果不能实时监测固体原料的反应量，也就不能够调整反应过程中各个原料的比例，会影响得到的沉积产品的性能，造成大量的生产浪费。
[0006]此外，化学气相沉积过程中需要较高的温度，要考虑温度的影响，而且还需要考虑气密性和安全性等诸多问题。
[0007]因此，如何得到一种准确测量而且能够实时监测和控制的化学气相沉积炉的原料蒸发量，一直是业内生产厂商和使用者所共同关注的焦点之一。
【发明内容】
[0008]有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种测量化学气相沉积炉的原料蒸发量的装置和方法，本发明提供的测量组件可实时监测和控制原料的蒸发量，且得到的原料蒸发量的结果具有较高的精确度。
[0009]本发明提供了一种测量化学气相沉积炉的原料蒸发量的装置，包括，浮力装置、轴丝、卷绕装置和可实时显示的计量器组成；
[0010]所述浮力装置置于化学气相沉积炉内的固体原料顶部，所述浮力装置与所述轴丝的一端相连接；
[0011]所述轴丝的另一端与所述卷绕装置相连接，所述卷绕装置固定在化学气相沉积炉内的固体原料上方；
[0012]所述卷绕装置的轴心与所述可实时显示的计量器相连接。
[0013]优选的，所述浮力装置为中空圆柱体或中空球体。
[0014]优选的，所述浮力装置的材质为高纯石墨、C/C复合材料或石英;所述轴丝为钼丝、铜丝或钨丝。
[0015]优选的，所述卷绕装置为轴芯，所述卷绕装置的材质与轴丝相同。
[0016]优选的，所述计量器为旋转编码器。
[0017]本发明提供了一种测量化学气相沉积炉的原料蒸发量的方法，包括以下步骤:
[0018]A)将测量装置中的卷绕装置固定在化学气相沉积炉内的固体原料上方，浮力装置置于化学气相沉积炉内的固体原料顶部，并使轴丝垂直无曲张；
[0019]B)将所述固体原料全部熔化为液体原料时，所述测量装置测得初始计数；
[0020]C)将所述液体原料变为蒸汽的过程中，所述测量装置测得第二计数；
[0021]D)根据所述初始计数、第二计数、卷绕装置的周长与测定初始计数和第二计数的时间差，得到单位时间内的原料蒸发量。
[0022 ]优选的，所述步骤D)具体为:
[0023]Dl)根据所述第二计数与初始计数的差值，再乘以卷绕装置的周长，得到所述液体原料变为蒸汽的过程中轴丝的卷绕长度；
[0024]D2)根据轴丝的卷绕长度和盛放所述液体原料的器具的横截面积，得到变为蒸汽的液体的体积；
[0025]D3)根据测定的初始计数和第二计数的时间差、所述变为蒸汽的液体的体积以及所述液体原料的密度，得到单位时间内原料蒸发量。
[0026]本发明提供了一种上述任意一项技术方案所述的装置或上述任意一项技术方案所述的方法在计算固体蒸发量中的应用。
[0027]优选的，所述固体蒸发量具体为，在密闭容器、高温和真空中的一种或多种情况下的固体蒸发量。
[0028]优选的，所述需要计算固体蒸发量的设备为化学气相沉积炉或单晶炉。
[0029]本发明提供了一种测量化学气相沉积炉的原料蒸发量的装置，包括，浮力装置、轴丝、卷绕装置和可实时显示的计量器组成;所述浮力装置置于化学气相沉积炉内的固体原料顶部，所述浮力装置与所述轴丝的一端相连接;所述轴丝的另一端与所述卷绕装置相连接，所述卷绕装置固定在化学气相沉积炉内的固体原料上方;所述卷绕装置的轴心与所述可实时显示的计量器相连接。与现有技术相比，本发明提供的测量装置能够实时监测和控制原料的蒸发量，具有较高的精确度。尤其是在高温、真空等密闭条件下，本发明采用轴丝式测量，减小了温度对部件热膨胀的影响，从而大大提高了测量精度，而且本发明的连接方式，在实际的使用过程中具有较好的安全性，也不会影响化学气相沉积炉对高气密性的要求。
[0030]实验结果表明，采用本发明提供的测量化学气相沉积炉的原料蒸发量的装置，测量化学气相沉积过程中金属原料的蒸发速率精确度较高，偏差在±1.5%之内。
【附图说明】
[0031]图1为本发明实施例提供的测量化学气相沉积炉的原料蒸发量的装置的结构示意简图。
【具体实施方式】
[0032]为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为了进一步说明本发明的特征和优点，而不是对发明权利要求的限制。
[0033]本发明所有原料，对其来源没有特别限制，在市场上购买的或按照本领域技术人员熟知的常规方法制备的即可。
[0034]本发明所有原料或部件，对其型号没有特别限制，以本领域技术人员熟知的型号即可。
[0035]本发明提供了一种测量化学气相沉积炉的原料蒸发量的装置，包括，浮力装置、轴丝、卷绕装置和可实时显示的计量器组成；
[0036]所述浮力装置置于化学气相沉积炉内的固体原料顶部，所述浮力装置与所述轴丝的一端相连接；
[0037]所述轴丝的另一端与所述卷绕装置相连接，所述卷绕装置固定在化学气相沉积炉内的固体原料上方；
[0038]所述卷绕装置的轴心与所述