Отчет ДП практика
.docМинистерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное агентство по образованию
Саратовский Государственный Технический Университет
Кафедра «Электронное машиностроение и сварка»
ОТЧЕТ
О преддипломной практике
Студента гр. ЭМС-52 МСФ
Алаторцев Сергей Владимирович
2008
1. Место прохождения и время практики: г.Саратов, СГТУ. 02.02.09 г.- 15.03.09 г.
2. Задание (тема дипломного проекта): Модернизация вымораживателя и нагревателя установки автоматической отчистки неагрессивных газов
3. Руководитель практики: Мазилкин Валерий Анатольевич.
4. Результаты прохождения практики
4.1 Календарный график прохождения практики (с указанием)
4.2 Перечень изученных нормативных документов:
ГОСТ НАЗВАНИЕ
2.701-84 Схемы. Виды и типы. Общие требования к выполнению.
2.721-74 Обозначение условные и графические в схемах. Обозначения общего применения.
2.412-81 Правила выполнения чертежей и схем оптических изделий.
2.420-69 Упрощенные изображения подшипников качения на сборочных чертежах.
2.770-68 Обозначение условные и графические в схемах. Элементы кинематики.
2.703-68 Правила выполнения кинематических схем.
2.704-76 Правила выполнения гидравлических и пневматических схем.
2.780-68 Обозначения условные графические. Элементы гидравлических и пневматических сетей.
2.781-68 Обозначения условные графические. Аппаратура распределительная и регулирующая гидравлическая и пневматическая.
9833-73 Кольца резиновые уплотнительные круглого сечения для гидравлических и пневматических устройств. Конструкция и размеры.
18829-73 Кольца резиновые уплотнительные круглого сечения для гидравлических и пневматических устройств. Технические условия.
6540-68 Гидроцилиндры и пневмоцилиндры. Роды основных параметров.
15608-81 Пневмоцилиндры поршневые. ТУ.
2.784-70 Обозначения условные графические. Элементы трубопроводов.
3.2789-73, 2.309-73 Шероховатость поверхности.
2.797-81 (ст сэв 2517-80) Правила выполнения вакуумных схем.
2.796-81 (ст сэв 2181-80) Обозначения условные графические в схемах. Элементы вакуумных схем.
5197-70 Вакуумная техника. Термины и определения.
15.001-95 Разработка и постановка продукции на производство.
2.605-68 Плакаты учебно-технические.
4.3 Описание и назначение объекта производства, сравнение конструкции с аналогами.
Сейчас рассмотрим некоторые типовые установки для очистки газов от примесей. Очищают газы (азот и аргон) от кислорода и влаги в специальных установках, типовая схема одной из которых показана на рис. 1.
Азот и инертные газы очищают с добавкой трех долей водорода, выраженных в процентах, поступающего в систему через дозатор 3. Добавка водорода необходима для связывания примесного кислорода, имеющегося в очищаемом газе. В результате взаимодействия водорода с кислородом образуется вода.
При работе установки газы, поступающие через ротаметры 1 и 2 из централизованной сети, вначале очищают от кислорода, пропуская их через реактор 4 с палладированным алюмогелем при скорости не выше 2500 объемов в час на 1 объем палладированного алюмогеля при рабочей температуре в реакторе не выше 300 °С. Содержание кислорода в газе при таком режиме должно быть не более 2*10-4 долей, выраженных в процентах. Избыточный водород поглощается окисью меди, нанесенной на активный глинозем, в реакторе 5.
Рис. 1. Установка очистки газов (азота, аргона) от кислорода и влаги:
/, 2 — ротаметры для водорода и аргона (азота), 3 —дозатор водорода, — реактор с палладированным алюмогелем, 5 — реактор с окисью меди, 6— холодильник, 7 — адсорберы, 8 — запорные вентили, 9 — нагреватели очищенного азота (воздуха) для регенерации адсорбентов, 10 — фильтр.
Для исключения конденсации паров воды реакторы 4 и 5 подогреваются. Затем нагретый в результате очистки от кислорода до температуры не выше 15 °С газ охлаждается в водяном холодильнике 6, а образующаяся при конденсации паров влага удаляется из холодильника в слив. После этого газ осушают в двух поочередно работающих адсорберах 7, управляемых вентилями 8, причем в одном адсорбере производится осушка газа, а в другом — регенерация адсорбента. В качестве адсорбента применяют силикагель (пористый гель кремниевой кислоты), алюмогель (активированную окись алюминия) или цеолиты (полигидраты алюмосиликагеля). Осушенный газ, прошедший выходной фильтр 10, имеет точку росы не выше -70 °С.
Для регенерации адсорбентов используют предварительно подогретые в нагревателе 9 азот или воздух, не содержащие масляных паров. Температура регенерации силикагеля 130÷200 °С, а цеолитовых адсорбентов 350÷400 °С. Регенерация считается оконченной, если температура азота (воздуха) на выходе из адсорбера достигает 130÷150 °С при регенерации силикагеля и 300 °С при регенерации алюмогеля и цеолитов, а также, если при внесении в поток выходящего газа медного хромированного зеркала (при комнатной температуре) на нем не осаждается влага.
Установки, предназначенные для очистки водорода от кислорода и влаги, а также кислорода от водорода и влаги, не имеют ротаметра 1, дозатора водорода 3 и реактора 5 с окисью меди, а в остальном аналогичны установкам, применяемым для очистки инертных газов.
Для более высокой степени очистки (близкой к спектральной) водорода, необходимого для процессов эпитаксиального наращивания пленок, применяют диффузионный метод, заключающийся в пропускании этого газа через металлическую перегородку (мембрану), изготовленную из сплава палладия с платиной, золотом или серебром. В результате диффузии получают очищенный газ с содержанием кислорода не выше 1*10-5 долей, выраженных в процентах, и точкой росы -70 °С.
Воздух осушают на автоматической установке, показанной на рис. 2.
Для этого его подают через четырехходовой кран 2 в левый адсорбер 1 с силикагелем. Проходя через силикагель, воздух освобождается от влаги и через другой четырехходовой кран 7 подается потребителю.
При осушке воздуха адсорбент нагревается и постепенно теряет способность поглощать пары воды. Поэтому адсорберы охлаждают водой, проходящей по змеевикам 10 и сбрасываемой в слив через обратный клапан 8. Наивысшую влагоемкость адсорбент имеет при охлаждении до 20 °С и ниже. Для восстановления работоспособности адсорбента его регенерируют поочередно в каждом адсорбере. Так, силикагель в правом адсорбере 6 регенерируется во время работы левого 1.
Рис. 2. автоматическая установка осушки воздуха
1,6— адсорберы с силикагелем, 2, 7— четырехходовые краны, 3 — пневмопривод, 4 — электрический подогреватель воздуха, 5 — электромагнитный вентиль, 8 — обратный клапан, 9 — электроконтактный термометр,
10 — змеевик холодильника
Регенерация осуществляется воздухом, который при открытом электромагнитном вентиле 5 нагревается до заданной температуры электрическим подогревателем 4, додается через четырехходовой кран 2 в правый адсорбер 6 и, пройдя его, сбрасывается в атмосферу. Управление потоками воздуха в таких установках производится автоматически с помощью пневмопривода 3, синхронно переключающего четырехходовые краны 2 и 7. Датчиками системы автоматики служат электроконтактные термометры расширения 9.
Водород, применяемый для получения гидрида титана, очищается посредством диффузии через палладиевые или никелевые трубки. Аппарат для очистки водорода (рис. 3) представляет собой стеклянный баллон, соединенный с откачной системой, в которой находится обезгаженный титан, через коваровый цилиндр с герметично припаянными к нему палладиевыми или никелевыми трубками. На трубки надет кварцевый цилиндр, на котором помещается нагревательная обмотка. Стеклянный баллон охлаждается водой с целью устранения газовыделения из стекла.
При использовании трубок из никеля водород очищается в основном от кислорода. Другие газы диффундируют вместе с водородом.
Гидрид титана полностью сохраняет свои свойства при пребывании на воздухе в течение длительного времени. Это позволяет отказаться от насыщения титана водородом после вакуумной обработки прибора и использовать предварительно насыщенный титан, устанавливая генератор так, чтобы температура его прогрева при откачке не превышала 200 °С. Это предохраняет генератор от значительных потерь водорода и позволяет применять откачку водородных тиратронов на полуавтомате.
На равновесные свойства системы титан — водород сильное влияние оказывает количество содержащегося в титане кислорода. При концентрации кислорода до 0,8 атом. % равновесные свойства заметно не меняются, в пределах 0,8—1 атом. % скорость поглощения водорода значительно замедляется, а при концентрации выше 1,0% титан практически не поглощает водород. Прогрев титана до температуры 800 °С в атмосфере углекислого газа при давлении до 0,2 кПа практически не изменяет равновесных свойств системы титан — водород.
Для очистки воздуха и других газов от механических примесей применяют фильтры ФАГ, устанавливаемые непосредственно в газовых магистралях, служащие один год. В обозначении фильтров указана их производительность. Фильтры с производительностью от 25 до 200 м3/ч (ФАГ-25—ФАГ-200) предназначены для предварительной очистки газа, так как улавливают частицы размером до 0,5 мкм, а фильтры ФАГ-01—ФАГ-6 —для более глубокой очистки и задерживают частицы размером до 0,1 мкм.
Рис. 3 Схема аппарата для очистки водорода
1 — стеклянный баллон, 2— коваровый цилиндр 3 — трубки из никеля или палладия 4 — кварцевый цилиндр, 5 — нагревательная обмотка, 5 — холодильник.
Выпускаются фильтры двух исполнений: металлические (производительностью от 1,5 м3/ч и более) и пластмассовые (производительностью до 1,5 м3/ч). Металлические фильтры более долговечны, так как в них можно заменять фильтрующий элемент.
Контроль газов на содержание примесей. Применяемые способы получения водорода, аргона, гелия и других газов не обеспечивают их абсолютной чистоты. Как правило, в этих газах всегда имеются водяные пары, кислород и небольшие количества других примесей, таких, как С12, SO2, H2S, углеводородов и т.д. Однако на практике контроль газов, используемых в печах в качестве защитных атмосфер, производят лишь на наличие в них кислорода и водяных паров, по которым уже давно установлены и предельно допустимые нормы.
Это объясняется не только тем, что отсутствуют точные приборы для контроля всех возможных примесей, а также и тем, что при очистке газов от кислорода и водяных паров концентрация остальных примесей также снижается.
Для измерения количества водяных паров и кислорода, загрязняющих рабочие газы, существует множество приборов, основанных на самых различных принципах действия. Но для всех таких приборов характерно одно общее свойство: чем меньшую концентрацию примесей они должны измерять, тем большую они дают ошибку, поскольку при этом большее число факторов сказывается на достоверности результатов.
Трудность измерения малых концентраций примесей в газах частично обусловлена ограниченностью чувствительности используемых индикаторов. Но главная причина — это опять-таки кинетические процессы, сходные с уже рассмотренными нами при очистке газов. Ведь контакт всех молекул примеси с индикатором практически не осуществим.
На надежную работу индикатора, предназначенного для контроля одной примеси, иногда влияют другие примеси, пассивирующие активную поверхность индикатора. О существовании таких примесей в газах технологи часто не догадываются, и при этом ошибочные показания контрольных приборов принимают за достоверные.
Опыт показал, что развитие измерительной техники для определения малых концентраций примесей в газах отстает от техники получения и очистки газов, позволяющей в настоящее время достигать такой степени чистоты, что остающиеся в них примеси не могут быть обнаружены даже самыми чувствительными приборами.
Остановимся вкратце на пригодных для электровакуумной техники современных методах контроля малых примесей кислорода и паров воды в газах низкого давления.
Контроль влажности. Наиболее распространенный и надежный, хотя и старый, метод измерения влажности основан на измерении температуры точки росы контролируемого газа. Прибор такого типа в лабораторном исполнении изображен схематически на рис. 4.
Рис. 4. Лабораторный измеритель влажности, основанный на измерении температуры точки росы газа:
/ — стеклянный баллон. 2 — резиновая пробка; 3 — металлический никелированный цилиндр, 4 — медный стержень, 5 — ртутный термометр
Через стеклянный баллон (1) пропускают исследуемый газ. В горловине баллона при помощи резиновой пробки (2) закреплен отполированный до зеркальной поверхности никелевый цилиндр (3), частично заполненный этиловым спиртом. Погружая медный стержень (4), предварительно охлажденный жидким воздухом, в цилиндр со спиртом, понижают его температуру и при этом наблюдают, при какой температуре начинает выпадать роса на поверхности цилиндра.
Эту температуру, измеренную термометром (5), и называют температурой точки росы данного газа или сокращенно — точкой росы.
Такой прибор можно быстро изготовить в любом лаборатории, где имеется какой-либо хладагент (жидкий воздух, твердая углекислота). Точность и воспроизводимость показаний прибора во многом зависят от натренированности оператора, поскольку момент выпадения росы на охлажденной поверхности цилиндра контролируется визуально.
Рис. 5. Принципиальная схема прибора ВИГ-2:
/ — баллон с углекислотой, 2 — вентиль; 3 — трубка для подачи углекислоты, 4 — стаканчик, 5 — хромелъ-копелевая термопара; 6 — милливольтметр, 7 — подвод исследуемого газа; 8 — отвод газа; 9 — источник света (6,3 в; 7,5 вт), 10 — фотосопротивление, 11 — колпачок из органического стекла.
Ошибки в показаниях прибора обусловлены и другими факторами, например некоторыми неизбежными расхождениями в температурах цилиндра и термометра. На точность показаний прибора влияет также чистота поверхности цилиндра. Наличие на ней жировых пленок, не смачиваемых водой, занижает температуру точки росы. Поэтому время от времени необходимо обезжиривать цилиндр прибора.
Для более равномерного поглощения водяных паров поверхностью по всей длине электролитической ячейки скорость потока газа через нее устанавливают в соответствии с влажностью исследуемого газа, а именно: наибольшую (около 100 мл/мин) при влажности, соответствующей температуре точки росы -(40÷90) °С, или наименьшую (около 30 мл/мин) при влажности, соответствующей температуре точки росы -(10÷30) °С. Влажные газы (с температурой точки росы выше -10 °С) контролировать при помощи указанной электролитической ячейки с фосфорным ангидридом недопустимо, так как адсорбент становится жидким и вытекает из трубки.
Регенерация электролитической ячейки осуществляется пропусканием через нее электрического тока, однако время от времени она все же нуждается в замене.
Электролитическая ячейка с фосфорным ангидридом уязвима по отношению ко всем тем примесям в исследуемых газах, которые химически реагируют с фосфорным ангидридом или понижают его сорбционные свойства (пары углеводородов и спирта, аммиак и др.). Поэтому при контроле влажности газов, содержащих такие примеси, возникают ошибки измерения, а электрические ячейки быстро выходят из строя. Второй недостаток приборов этого типа — инерционность при быстрых колебаниях влажности исследуемого газа.
Приборы, основанные на этом принципе действия, позволяют вести непрерывную регистрацию данных о влажности на самописце: они портативны и удобны в эксплуатации, а их ошибки при должном соблюдении правил обращения не превышают 5%.
Технолог часто нуждается в измерениях влажности газа непосредственно в печах отжига. Поскольку газ из печи отбирается при помощи зондов, необходимо свести к минимуму ошибки, обусловленные сорбционными явлениями на стенках соединительных трубок, используемых для подключения прибора. Длина трубок должна быть малой, а их внутренняя поверхность – чистой.
4.4 Анализ технологичности объекта производства.
Газы, используемые при отжиге в качестве восстановительных или нейтральных сред, могут иметь различные загрязнения, ухудшающие качество деталей. Основные процессы изготовления полупроводниковых приборов выполняют в защитных газовых средах высокой чистоты (водород, азот, аргон и смеси этих газов). Применяемые в производстве полу проводниковых приборов газовые среды делятся на восстановительные (водород и его смеси с инертными газами) и нейтральные (азот и инертные газы).
Основным видом восстановительной среды является водород, Замена водорода другими газами возможна, если водород оказывает вредное воздействие на обрабатываемые материалы или по условиям работы недопустимо применение взрывоопасной среды. Инертные газы в качестве нейтральных применяют в тех случаях, когда азот, так как он вступает в реакцию с обрабатываемыми материалами (титан, сталь, карбид кремния и др.), использовать нельзя.
Из всех примесей, встречающихся в водороде, аргоне, азоте, вредное влияние на качество полупроводниковых приборов при их изготовлении оказывают в основном кислород и пары воды. Чем меньше содержание влаги в каком-либо газе, тем при более низкой температуре она начинает конденсироваться. Температуру, при которой происходит конденсация влаги, содержащейся в газе, называют точкой росы. Естественно, что чем ниже точка росы, тем меньше влаги содержится в газе.
Газы, поставляемые специализированными предприятиями, по своим параметрам не удовлетворяют требованиям, предъявляемым технологическими процессами производства полупроводниковых приборов. Так, в водороде и азоте соответственно содержится 0,2 и 0,5 долей кислорода, выраженных в процентах, а паров воды — 0,5 и 0,07г/м3.
Более чистым является аргон, содержащий 0,003 долей кислорода, выраженных в процентах, и 0,03 г/м3 паров воды.
Очищенные в достаточной степени от кислорода и паров воды, газы способствуют созданию условий для безокислительного нагрева деталей полупроводниковых приборов во всех технологических процессах их производства.
В производстве полупроводниковых приборов применяют следующие газы:
-водород по ГОСТ 3022—70 марки А, азот по ГОСТ 9293—59 сорт I и аргон чистый по ГОСТ 5457—70, дополнительно очищенные до содержания кислорода не более 2*10-4 долей, выраженных в процентах, и паров воды не более 2,8 мг/м3 (точка росы —70° С);
-кислород по ГОСТ 5583—68 сорт I, дополнительно очищенный до содержания водорода не более 1*10-3 долей, выраженных в процентах, и паров воды не более 5 мг/м3 (точка росы —63°С);
-воздух, очищенный и осушенный до содержания паров воды не более 123 мг/м3.
4.5 Технологический процесс изготовления объекта производства.
Рабочий цикл установки состоит из двух операций очистка газов и контроль. Операция очистка газов выполняется в следующей последовательности:
1. Устанавливаются и подсоединяются к установке баллоны с технологическими газами (водородом, кислородом, азотом, гелием). Открываются вентили подачи рабочего газа – воздуха и азота.
2. Открываются вентили на баллонах с технологическими газами, баллонными редукторами устанавливается давление 0,2 ÷ 0,25 МПа. Открываются вентили «Продув 1» всех газов (Н2, О2, N2, Не) для продува магистрали подвода газов в течение 1 мин. Вентили «Продув 1» закрываются. Открываются вентили «Подача 1» (Н2, О2, N2, Не) и магистральные вентили, находящиеся на лицевой панели установки. По манометрам регуляторами давлений устанавливается давление технологических газов в каждой магистрали 0,04 МПа.
3. Нажатием кнопки на пульте производится заполнение спиртом вымораживателя. Спирт исполняет роль промежуточного теплоносителя, осуществляющего отвод и передачу тепла от трубок змеевика, по которым продувают технологические газы, жидкому азоту.
4. Нажатием кнопки на пульте производится подача жидкого азота для охлаждения спирта.
5. При достижении температуры -100 °С в вымораживателе, загорается табло «Вымораживатель 1 готов» на пульте.
6. Включается тумблер «Очистка 1» на панели пульта. Газ проходит через фильтры механической очистки, змеевик вымораживателя, проходит выходные фильтры механической очистки и подается потребителю. При прохождении газа через фильтры механической очистки газ очищается от частиц механических загрязнений размером более 7 мкм. В вымораживателе газ осушается от примеси воды.
Стабильное качество осушки газа обеспечивается автоматическим поддержанием температуры промежуточного теплоносителя в пределах -80÷-100 0С, что обеспечивает точку росы осушаемого газа не выше -40 0С.
Операция контроль осуществляется потребителем газа. При этом контролируется параметр точка росы.
4.6 Обоснование выбранного варианта технологического процесса.
В разрабатываемой установке я применил технологический процесс осушки газов путем пропускания их через вымораживатель. Были рассмотрены различные варианты технологических процессов, и после рассмотрения их достоинств и недостатков был выбран способ осушки низкой температурой. Ниже приведены недостатки других способов и преимущества криогенного способа осушки.
Применение химических реактивов дает очень высокую степень осушки газов, но такой способ пригоден лишь для лабораторный целей и для процессов с малым потреблением газа. В производственных же условиях всегда возникают трудности с заменой отработанных реактивов или с восстановлением их реакционной способности.
Высокую степень осушки и очистки газов получают при пользовании криогенной техники. При этом теплообменник погружают в сосуд с жидким воздухом, азотом или промежуточным теплоносителем. При малых расходах газа и удачной конструкции теплообменника, теоретически этим способом можно получить осушку газов вплоть до температуры точки росы, соответствующей температуре кипения азота (-196 °С). Наряду с парами воды при этом вымораживаются и все другие газы-примеси, у которых температура кипения выше температуры кипения азота.
Также в условиях современного производства жидкий азот производится на самом предприятии и обладает низкой стоимостью. При чем этот метод осушки проще всего автоматизировать.
4.7 Обоснование необходимости и основных направлений разработки.
Основными направлениями являются автоматизация процесса очистки и контроля качества очистки технологических газов.
Автоматизация осуществляется на основе микропроцессорной техники и применения современных анализаторов состава газа.
Автоматизация позволяет повысить производительность, качество продукции и снизить себестоимость.
4.8 Перечень графического и текстового материалов по теме дипломного проекта:
4.8.1 Перечень графических документов
-
Технологический процесс ……………………………………….. А1, 1 л
-
Схема газовая ………………………………………………………А1,1
-
Установка автоматической откачки неагрессивных газов……...А1, 1 л
-
Вымораживатель …………………………………………………..А1, 1л
-
Нагреватель ………………………………………………………А1, 1 л
-
Деталировка………………………………………………………. А1, 1 л
-
Технология изготовления шестерни ……………………………..А1, 1 л
4.8.2 Перечень текстовых материалов
1. Техническое описание установки
2. Эскиз и технические требования к установки автоматической очистки неагрессивных газов
3. Техническое задание на разработку установки
4. Технические условия на изготовление установки
5. Исходные данные для технико-экономического обоснования
6. Исходные данные для раздела БЖД
4.9 Задание на дипломное проектирование
4.9.1 Целевая установка
Целью работы является разработка режимов технологического процесса пайки метало – керамического изолятора, модернизация технологических камер агрегата, и модернизация механизма подъёма технологических камер.
4.9.2 Графическая часть (см п. 4.8.1)
4.9.3 Пояснительная записка
-
Реферат
-
Введение
-
Основная часть. Технико-экономический анализ.
-
Технология оборудования.
-
Расчетно-конструкторская часть основных узлов
-
Технология изготовления изделий
-
Организация конструкторской подготовки производства
-
Расчёт экономической эффективности оборудования
-
Безопасность и экологичность эксплуатации вакуумной печи
-
Заключение
-
Список использованных источников
4.9.3 Перечень исходной литературы
-
Оконский И.С., Осокин А.А., Федюков Ю.С. Процессы и аппараты кислородного и криогенного производства.: Учебное пособие. - М.: Машиностроение, 1985.-256с: ил.
-
Александрова А.Т. Оборудование электровакуумного производства. Учебное пособие для вузов. М., Энергия, 1974
-
Справочник металлиста Т1 Под. ред. С .А. Чернавского, В.Ф.Рещикова. М: Машиностроение, 1990
-
Моряков О.С. Устройство и наладка оборудования полупроводникового производства. Учебное пособие для проф. техн. учебн. заведений. – М «Высшая школа», 1981
-
Куркин В.Н. Основы расчёта и конструирования оборудования электровакуумного производства. – М.: «Высшая школа», 1971
-
Пянко А.Ц. и др. Конструирование и расчет вакуумных систем. 3 – е изд., перераб. и доп. – М.: Энергия, 1979
-
Иванов М.Н. Детали машин: Учебное пособие для студентов высш. техн. учебн. заведений – 5 – е изд., перераб., - М: Высшая школа, 1991
-
Дунаев П.Ф., Лёликов О.П. Конструирование узлов и деталей машин. Учебное пособие для машиностроит – х спец. вузов – 4 – е изд., перераб. и доп. – М: Высшая школа, 1985
-
Справочник конструктора машиностроителя под. ред. В.И.Анурьева в 3 – х томах – 5 – е изд. перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1980