
实际上,实验室用玻璃器皿的情况就是如此:如果在玻璃冷却过程中未能消除其内部应力,那么玻璃就会破裂。没有别的办法。哪怕温度仅有几度的变化,也足以导致玻璃自行破裂。这真是个噩梦。
为避免这种情况发生,我们使用了装在高反射率外壳中的红外线灯。这是实现0.1摄氏度精度控制的唯一方法。
关于热量的问题 大多数普通的加热元件都会产生热点,而在精密退火过程中,热点可是大敌。因此,我们使用短波红外线发射器。这类发射器能够穿透玻璃表面,从内部对玻璃进行加热。不过,真正的关键在于反射器——我们使用镀金或经过抛光的铝制反射器,将所有多余的光子反射回玻璃中。如果不使用反射器,大约40%的热量会流失到机器的机壳上。这样一来,灯泡就必须更加努力地工作,从而产生更高的温度,这样一来,就很难达到0.1摄氏度的精度要求了。
确保热量均匀分布 为了防止玻璃开裂,需要让热量在整个容器中均匀分布。我们不能直接用高温来加热玻璃,那样只会带来灾难性后果。我们需要根据玻璃壁的厚度来调整灯泡的功率密度,并利用PID控制器来精确控制输出功率。通过控制器和反射器的协同作用,玻璃的各个部位才能同时达到理想的退火温度。
权衡利弊 当然,这样的精确控制需要一定的空间。不能把多个灯泡挤在一起。如果反射器重叠或外壳过于紧凑,就会导致热量无法均匀分布,进而影响传感器的数据读数。此外,还需要为灯泡的末端提供良好的冷却系统,否则灯丝会很快烧坏。总而言之,这需要在热量密度和稳定性之间找到平衡点。如果试图通过过度驱动灯泡来节省时间,那么精度就会受到影响,最终导致整个批次的产品报废。不值得这么做。