Піч для одержання шихти для вирощування монокристалів із розплаву

Піч для одержання шихти для вирощування монокристалів із розплаву з днищем, кожухом і склепінням, які охолоджено зовні та футеровано, та розташованим усередині неї нагрівачем, яка в і д р і з н я є т ь с я тим, що склепіння печі футеровано графітом, а нагрівач виконано за типом нагрівача опору. С > Корисна модель відноситься до галузі металургії і може бути використана при отриманні шихти високої чистоти для вирощування оптичних монокристалів корунду розплавними методами (крім методу Вернейля), наприклад, горизонтальною направленою кристалізацією (ГНК). Найбільш близькою за рішенням до запропонованої та вибраної як прототип є електродугова піч для отримання білого електрокорунду (БЕК). Піч включає до себе днище, кожух і звід, що утворюють робочий простір печі, в який з боку зводу введено графітові електроди. Роль нагрівача виконує дуга, що горить між электродами. Зовні звід, кожух і днище охолоджуються водою. Звід футеровано вогнетривким цементом. Футеровкою кожуха і днища служить безпосередньо прилягаючий до них шар нерозплавленого глинозему та корундова гарнісажна корка, які утворюються у процесі роботи печі, Конст рукція печі дозволяє створювати у її робочому об'ємі розрідження. Плавлять у печі технічний глинозем. Істотним недоліком даного пристрою є те, що він не забезпечує ефективної очистки оксиду алюмінію від домішок, а футеровка зводу печі та графітові електроди є джерелом забруднення оксиду алюмінію. Забруднення останнього можна уникнути, якщо застосувати більш коштовну вогнетривку футеровку зводу та більш коштовні електроди з дуже чистого графіту, підняв тим самим собівартість БЕК. Однак і в цьому випадку БЕК буде містити домішки, небажані при його використанні як шихти для виробництва монокристалів корунду, бо, незважаючи на великий перегрів розплаву оксиду алюмінію в дуговій печі, його очистка навіть від таких летючих домішок, як Na2O, не ефективна. Про це свідчать високоглиноземисті алюмінати лужних та лужноземельних металів (Б-гли 460 нозем), які містяться у злитках БЕК. Присутність же у шихті таких домішок, *ж СаО, МдО, ТЮ2, SiO2, навіть на рівні сотих часток процента помітно погіршують якість вирощених з розплаву монокристалів корунду. Отже для отримання чистого БЕК потрібна попередня очистка глинозему, яка внесе значний вклад у собівартість БЕК. Недоліком даної печі є також те, що вона доволі складна в експлуатації. Оскільки глинозем являє собою діелектрик, то і розпалювання дуги, і її підтримування вимагають від оператора значного вміння в керуванні електродами та напругою на них. Підтримування дуги здійснюють, головним чином, способом змінювання положення електродів у робочому просторі печі. При піднятих над розплавом електродах напруга на них підростає, відбувається перехід у режим відкритої дуги, підростає тепловиділення, небезпечне для становища зводу, а також можливі обриви дуги при досипці порошку. При опусканні електродів у розплав дуга горить у газовій порожнині всередині розплавленого матеріалу, напруга на електродах падає, сила току росте, на поверхні розплаву може утворитися товста корка, яка заважатиме переміщенню електродів та викличе зупинку печі. В основу корисної моделі поставлено задачу створення такого пристрою, який забезпечив би здешевлення та спрощення отримання шихти високої чистоти для вирощування оптичних монокристалів корунду з розплаву. Рішення поставленої задачі досягається тим, що в почі для отримання шихти для вирощування монокристалів із розплаву з днищем, кожухом і зводом, які охолоджено зовні та футеровано, та розташованим всередині неї нагрівачем, згідно з корисною моделлю, звід футеровано графітом, а нагрівам виконано за типом нагрівача опору. Графітова футеровка зводу у запропонованій печі сприяє створенню у ній відновної атмосфери на основі СО, яка, в свою чергу, сприяє очистці глинозему вщ домішок при його пропіканні. Крім того, графіт захищає нагрівач від надмірного впливу на нього продуктів дисоціації оксиду алюмінію. Застосування нагрівача опору в запропонованій ПЄЧІ ВИГІДНО ВІДРІЗНЯЄ !! ВІД прототипу. По-перше, нагрів з використанням нагрівача опору значно простіший та безпечніший за електродуговий нагрів. По-друге, необхідні для термохімічної очистки глинозему температуру та протяг 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 витримки легко забезпечити в печі опору та принципово неможливо в електродуговій печі. По-третє, у печі опору глинозем можна сплавляти без перегріву розплаву, що принципово неможливо у разі з електричною дугою. Відсутність перегріву розплаву значно збільшує строк служби запропонованої печі. На кресленні показано піч для отримання шихти для вирощування монокристалів з розплаву. Піч виготовлено на базі промислової електровакуумної ростової установки СЗВН. Днище 1 і кожух 2 печі виконано як одне ціле з листового молібдену. На рівні верхньої кромки кожуха 2 в його центрі встановлено плоский нагрівач опору З, виготовлений з пруткового вольфраму. Роль футерованого зводу печі виконує графітова кришка 4. Футеровкою днища 1 та кожуха 2 печі служить шар глинозему 5, що завжди залишається після витягання з печі продукту плавки - корундового коржа. Останній дістають через зроблений в кожусі 2 отвір, який перед завантаженням порошку закривають молібденовою пластиною. Піч встановлюється на підставці, закріпленій на дні камери 6, і частково охолоджується шляхом тепловідводу по підставці. В основному зовнішня поверхня" печі охолоджується тільки за рахунок випромінювання, яке відводиться водоохолодженими стінками камери 6. Опорою для нагрівача 3 служать керамічні стовбчики 7, які розміщено усередині кожуха 2 по його периметру. Електроживлення нагрівача 3 здійснюють по токовводах 8. Патрубок 9 з'єднують з форвакуумним насосом. Вікно 10 служить для візуального контролю за процесом нагріву. Робить піч для отримання шихти для вирощування монокристалів з розплаву таким чином. Кожух 2 засипають технічним глиноземом з таким рахунком, щоб порошок ледве не торкався нагрівача 3. Накривають кожух 2 кришкою 4, герметизують камеру 6 і відкачують з неї повітря. Нагрів І плавління глинозему здійснюють по заданій програмі. Після вимикання та остигання печі камеру 6 розкривають. Дістають корундовий корж, попередньо відколовши від нього краї. При необхідності корж розколюють прямо в печі на декілька шматків. В порівнянні з прототипом використання корисної моделі для отримання шихти для вирощування монокристалів з розплаву дозволило підвищити вихід монокристалів корунду оптичної якості на 20%. 460 О О О О О О О .1 Упорядник Техред М. Келемеш Коректор О. Обручар Замовлення 542 Тираж Підписне Державне патентне відомство України, 254655, ГСП, Киів-53, Львівська пл., 8 Відкрите акціонерне товариство "Патент", м. Ужгород, вул. Гагарина, 101