Пристрій для вирощування монокристалів тугоплавких металів та для отримання профільованих виробів з монокристалічною, полікристалічною, певною структурою з тугоплавких матеріалів

1. Пристрій для вирощування монокристалів тугоплавких металів та для отримання профільованих виробів з монокристалічною, полікристалічною, певною структурою з тугоплавких матеріалів, який включає герметичну камеру, механізм подачі витратного матеріалу в зону підживлення металевої ванни, піддон, який виконаний з можливістю переміщення у вертикальній площині, плазмове джерело нагрівання, яке виконане з можливістю переміщення в зворотно-поступовому режимі в горизонтальній площині, індуктор, прикріплений співвісно з піддоном до стінок камери, також секції, які охолоджують водою, заввишки не менше висоти індуктора, з торцями у вигляді сполучених криволінійних поверхонь, які установлені послідовно із зазором в порожнині індуктора по контуру його внутрішньої поверхні і закріплені на ньому через електричний ізолятор, який відрізняється тим, що плазмове джерело нагрівання незалежно здійснює обертання, в реверсному режимі, навколо осі, яка проходить через площину нагрівання. 2 (19) 1 3 Пристрій належить до галузі спеціальної електрометалургії, зокрема до способу отримання профільованих виробів з тугоплавких матеріалів з монокристалічною, полікристалічною та певною структурою, і є удосконаленням пристрою, вказаного в патенті SU 1811725. Відомий пристрій для вирощування монокристалів тугоплавких металів, патент SU 1811725, вибраний як найближчий аналог, що включає герметичну камеру, в якій розташовано механізм подачі витратного матеріалу прутків в зону підживлення металевої ванни, піддон який переміщається у вертикальній площині, плазмове джерело нагрівання, яке переміщається зворотнопоступальному режимі в горизонтальній площині, індуктор, прикріплений співвісно піддону до стінок камери, також секції, які охолоджуються водою, заввишки не менше висоти індуктора, з торцями у вигляді сполучених криволінійних поверхонь, які установлені послідовно із зазором в порожнині індуктора по контуру його внутрішньої поверхні і закріплені на ньому через електричний ізолятор. При використанні відомого пристрою (патент SU 1811725 для вирощування монокристалів тугоплавких металів) вдається виростити крупні плоскі монокристали тугоплавких металів, але сьогодні з'явилася потреба у тугоплавких монокристалах різного профілю, що не вдається отримати відомим способом. Задачею пристрою є розширення сортаменту отримання профільованих виробів з тугоплавких матеріалів з монокристалічною, полікристалічною та певною структурою. Поставлена задача досягається за рахунок того, що пристрій для вирощування монокристалів тугоплавких металів та для отримання профільованих виробів з монокристалічною, полікристалічною, певною структурою з тугоплавких матеріалів, який включає герметичну камеру, в якій розташовано механізм подачі витратного матеріалу прутків в зону підживлення металевої ванни, піддон який переміщається у вертикальній площині, плазмове джерело нагрівання, яке переміщається зворотнопоступальному режимі в горизонтальній площині, індуктор, прикріплений співвісно піддону до стінок камери, також секції, які охолоджуються водою, заввишки не менше висоти індуктора, з торцями у вигляді сполучених криволінійних поверхонь, які установлені послідовно із зазором в порожнині індуктора по контуру його внутрішньої поверхні і закріплені на ньому через електричний ізолятор, який відрізняється тим, плазмове джерело нагрівання незалежно здійснює обертання, в реверсному режимі, навколо осі, яка проходить через площину нагрівання. Також плазмове джерело нагрівання може бути виконано з можливістю здійснювати незалежні переміщення по двом координатам паралельних площині сканування металевої ванни. При отриманні фігур обертань плазмове джерело нагріву може бути виконано з можливістю незалежно змінювати кут між своєю віссю та вертикаллю. 96345 4 Для більш гнучкості процесу вузол, який містить піддон з індуктор та секціями, має аналогічні рухи з плазмовим джерелом нагрівання і може мати можливість та сукупність можливостей: - незалежно переміщуватися в зворотнопоступальному режимі в горизонтальній площині; - незалежних переміщень по двох координатах, паралельних площині сканування металевої ванни; - незалежно здійснювати обертання, в реверсному режимі, навколо своєї осі; - незалежно змінювати кут між своєю віссю та вертикаллю. Також пристрій може додатково містити джерело енергії, яке обігріває площину верхнього шару монокристалу. На кресленні зображена схема пристрою для вирощування монокристалів тугоплавких металів та для отримання профільованих виробів з монокристалічною, полікристалічною, певною структурою з тугоплавких матеріалів. Пристрій має механізми переміщення плазмового джерела нагрівання та вузла який містить піддон з індуктором та секціями, а також системи: вакуумну, водопостачальну, електричну, газову, управління. Механізми переміщення, системи та секції не показані. Даний пристрій працює таким чином. На піддон 1 установлюють кристал, який має необхідну структуру 2, потім герметизують камеру 6 і створюють необхідну атмосферу. Далі подають живлення на індуктор 5, включають плазмове джерело нагрівання 7 з наступним наведенням ванни рідкого металу на торці зародкового монокристалу та починають наплавляти матеріал, що витрачається 11, за наперед заданим законом руху ванни рідкого металу по торцю зародкового монокристала. Після наплавлення необхідного шару піддон опускають на відстань наплавленого шару і знову починають наплавляти новий шар на верхньому шарі 4. Таким чином шар за шаром можливо сформувати бокову поверхню 3 заданого профілю. Рух ванни рідкого металу по торцю верхнього шару монокристала забезпечується сукупністю рухів плазмового джерела нагрівання та вузла, який містить піддон та індуктор з секціями. Рух плазмового джерела нагрівання забезпечується завдяки вузлам конструкції 8 та 9 з механізмами переміщення, які до них приєднані, що дає можливість незалежних переміщень плазмового джерела нагрівання по двох координатах, паралельних площині сканування металевої ванни. Завдяки вузлу конструкції 10, механізму переміщення, який дозволяє незалежно здійснювати обертання плазмового джерела енергії, яка проходить через площину нагрівання, як за годинниковою, так і проти годинникової стрілки, механізму переміщення, який дозволяє незалежно змінювати кут між віссю плазмового джерела нагрівання та вертикаллю, механізму переміщення плазмового джерела нагрівання вздовж осі, яка проходить через площину нагрівання забезпечується можливість здійснювати переміщення рідкої металевої ванни за більш гнучкою схемою. 5 Рух вузла, який містить піддон з індуктором та секціями забезпечується завдяки вузлам конструкції 12 та 13 з механізмам переміщення, які до них приєднані, що дає можливість незалежних переміщень піддону по двох координатах, паралельних площині сканування металевої ванни. Завдяки вузлам конструкції 14, механізму переміщення, який дозволяє незалежно здійснювати обертання вузла, який містить піддон з індуктором та секціями, навколо осі, що проходить через площину нагрівання, в реверсному режимі, навколо своєї вісі, механізму переміщення, який дозволяє незалежно змінювати кут між віссю піддону та вертикаллю, механізму витягування зародкового кристалу, який забезпечує можливість здійснювати переміщення піддону за більш гнучкою схемою. Перевагою, що заявляється, в порівнянні з відомими технічними рішеннями є можливість завдяки запропонованому пристрою отримувати компактні матеріали, вироби, напівфабрикати будь-яких тугоплавких матеріалів (тугоплавкі метали та їх сполуки (карбіди, бориди, нітриди, оксиди)), які не розкладаються при розплавленні при тиску, близькому до нормального, з різною структурою (монокристалічною, полікристалічною, кристалічною) плавленої якості з перетином простих геометричних фігур та їх комбінацій (круга, овалу, трикутника, прямокутника, кільця, трапеції, і т.д.) з можливістю змінювати параметри перетину від Комп’ютерна верстка В. Мацело 96345 6 шару до шару. Так можливо отримати вироби у вигляді різних об'ємних фігур та їх комбінації конусу, труби, кубу, паралелепіпеду і т.д. З літератури відомо, що сьогодні отримують вироби та напівфабрикати тугоплавких матеріалів таких розмірів тільки засобами порошкової металургії, але такі матеріали не задовольняють сучасним вимогам, атомної, ракетної, літакобудівельної галузі та іншім, у зв'язку з низькою їх щільністю та недосконалістю структури, що призводить до швидкої втрати робочих параметрів матеріалів. Запропонований пристрій дозволяє не тільки значно збільшити геометричні параметри виробів з таких матеріалів, а також отримувати їх з різною структурою (монокристалічною, полікристалічною, кристалічною), які значно якісніші за існуючі вироби. Прикладом сучасного застосування запропонованого пристрою є отримання тиглі, сосудів, труб та профільованих виробів з тугоплавких матеріалів, а саме карбідів (HfC, TaC, NbC, ZrC, NbC, TiC, та ін.), борідів (HfB2, TaB2, ZrB2, WB2, NbB2, ТіВ2 та ін.) з високою щільністю і досконалістю структури, які не можуть бути отримані іншими відомими засобами. Все вище наведене дозволяє значно розширити сортамент випускаючої продукції з тугоплавких матеріалів. Підписне Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601