Підставка тигля для вирощування монокристалів сапфіру (a-al2o3) напрямленою вертикальною кристалізацією розплаву

Реферат: Винахід належить до технології вирощування монокристалів. Підставка для тигля для вирощування монокристалів сапфіру ( - Аl2О3) напрямленою вертикально кристалізацією розплаву, що виконана у вигляді пустотілого циліндра із молібдену або його сплаву, в стінках якого виконані симетрично розташовані вздовж його вертикальної осі щонайменше три глухі отвори, з глибиною більше або рівною половині його висоти, порожнини яких заповнені вольфрамом або його сплавом з молібденом, причому центральні кути між осями глухих отворів кратні 15°. Використання винаходу забезпечує стабілізацію теплових умов при вирощування кристалів та запобігає зміщенню тигля. UA 100811 C2 (12) UA 100811 C2 UA 100811 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до технології вирощування монокристалів, зокрема до обладнання для вирощування монокристалів, і може бути використаний для отримання монокристалів сапфіру, які застосовуються в приладобудуванні, при виготовленні світлодіодів та ін. Відома підставка тигля у вигляді корундової або кварцової труби, що розміщена вертикально в тепловому вузлі, верхня частина якого знаходиться в контакті з дном тигля (Вильке К. Т. Выращивание кристаллов. Ленинград, Недра, 1977, стр. 423). Недоліком вказаної підставки є неможливість її використання при температурі >2100 °C, що обумовлено властивостями матеріалу, з якого вона виготовлена. Найбільш близькою за технічною суттю до винаходу, що заявляється, є, вибрана за найближчий аналог, підставка тигля у вигляді пустотілого циліндра із молібдену або його сплаву, який розміщений вертикально у кристалізаційному вузлі із встановленою на його верхній частині тарілкоподібною основою (Блецкан Д. І., Блецкан О. Д., Лук'янчук О. Р., Машков А. І., Пекар Я. М. та Цифра В. І. Промислове вирощування монокристалів сапфіру видозміненим методом Кіропулоса. Науковий вісник Ужгородського університету. Серія Фізика. 2000, №6, стор. 221-240). Недоліком підставки за прототипом є те, що при високих температурах (2050 °C - 2100 °C) молібден або його сплав в процесі вирощування монокристалів перебувають в області пластичних деформацій, внаслідок чого, під дією ваги тигля із розплавом вихідної сировини, висота підставки зменшується. Зменшення висоти підставки призводить до зміни положення тигля в тепловій системі установки, що, в свою чергу, призводить до зміни теплових умов в процесі вирощування монокристалів і, як наслідок, погіршення їх якості. В основу винаходу поставлена задача вдосконалення конструкції підставки тигля для вирощування монокристалів сапфіру (-Аl2О3) напрямленою вертикально кристалізацією розплаву, шляхом виконання заповнених вольфрамом або його сплавом з молібденом глухих отворів в стінках пустотілого циліндра вздовж його вертикальної осі, причому центральні кути між осями глухих отворів кратні 15°, що за рахунок підтримання геометричних розмірів підставки незмінними, забезпечується стабілізація теплових умов в процесі вирощування монокристалів і, як наслідок, поліпшується їх якість. Поставлена задача досягається таким чином, що підставка для тигля для вирощування монокристалів сапфіру (-Аl2О3) напрямленою вертикально кристалізацією розплаву, що виконана у вигляді пустотілого циліндра із молібдену або його сплаву, розміщена вертикально в кристалізаційному вузлі, згідно до винаходу, в стінках пустотілого циліндра виконані симетрично розташовані вздовж його вертикальної вісі щонайменше три глухі отвори, з глибиною більше, або рівною половині його висоти, порожнини яких заповнені вольфрамом або його сплавом з молібденом, причому, центральні кути між осями глухих отворів кратні 15°. Виконання в стінках пустотілого циліндра симетрично розміщених вздовж його вертикальної осі щонайменше трьох глухих отворів, які заповнені вольфрамом або його сплавом з молібденом обумовлено тим, що вольфрам, або його сплав з молібденом при високих температурах мають більшу твердість ніж молібден, який є матеріалом пустотілого циліндра, тобто підставки. Внаслідок того, що вольфрам і молібден утворюють між собою неперервний ряд твердих розчинів за рахунок реакції у твердій фазі, в глухих отворах, що виконані в стінках пустотілого циліндра, утворюється сплав, механічні та фізико-хімічні властивості якого (твердість, температура області пластичних деформацій) значно вище ніж у матеріалу стінок пустотілого циліндра. Це дає можливість, за рахунок підтримання геометричних розмірів підставки незмінними, запобігти зміщенню тигля у вертикальному напрямку, забезпечити стабілізацію теплових умов в процесі вирощування монокристалів і, як наслідок, поліпшити їх якість. Вертикальна стійкість пустотілого циліндра до деформації в зоні дії високих температур (2100 °C) забезпечується щонайменше трьома точками опори, якими є глухі отвори, що заповнені вольфрамом або його сплавом з молібденом. Суттєвою ознакою є, як кількість глухих отворів, так і величина центрального кута між їхніми осями. Вибір кількості глухих отворів залежить від ваги тигля із вихідною сировиною, котрий встановлюється на підставку. Ця кількість може збільшуватись у порядку 3, 4, 6, 8, 12 і 24, при цьому зменшується величина центрального кута між осями глухих отворів у порядку відповідно - 120°, 90°, 60°, 45°, 30°, 15°. Таким чином, конструкція підставки, що заявляється, в порівнянні з прототипом, надає можливість стабілізувати вертикальне розташування тигля у тепловому вузлі протягом всього терміну експлуатації, як теплової системи, так і його самого, і, як наслідок, відтворити стабільні теплові умови вирощування монокристалів протягом багатьох процесів. 1 UA 100811 C2 5 10 15 Конструкція підставки тигля для вирощування монокристалів сапфіру (-Аl203) напрямленою вертикально кристалізацією розплаву пояснюється кресленнями конкретного прикладу її виконання. На фіг. 1 наведено схематичне зображення вигляду підставки тигля зверху. На фіг.2 наведено розтин по А-А фіг. 1. Підставка тигля являє собою пустотілий циліндр 1, в стінках якого симетрично виконані глухі отвори 2, що заповнені вольфрамом або його сплавом з молібденом. Глухих отворів 2 виконано 6 з центральним кутом між осями 60°. Підставку тигля, що заявляється, використовують наступним чином. Підставку тигля 1 встановлюють в тепловій системі установки, збирають кристалізаційний вузол, встановлюючи тигель на підставку 1 зверху. При цьому 6 глухих отворів 2, що заповнені вольфрамом або його сплавом з молібденом, надають підставці жорсткості, що запобігає зміщенню тигля у вертикальному напрямку, тобто стабілізує його положення в тепловій системі, що, в свою чергу, дозволяє проводити кристалізацію розплаву при одних і тих же теплових умовах протягом багатьох процесів. В таблиці наведеш результати дослідів щодо зміни висоти підставки, що заявляється, в порівнянні з найближчим аналогом протягом декількох процесів кристалізації. Таблиця Кількість глухих Кільк. отворів, що Кількість Маса Кількість № Вид процесів Висота заповнені процесів Висота Висота заповненого процесів п/ підставки криста підставки, вольфрамом, кристалі підставки, підставки, тигля, кристалізації, п лізації, (мм) або його зації, (мм) (мм) (кг) (цикл) (цикл) сплавом із (цикл) молібденом, (цикл) За 1 найбл. 42,7 1 175 0 10 165 20 160 аналогом 2 Заявлена 42,7 1 175 3 10 175 20 175 3 Заявлена 43,8 1 175 4 10 175 20 175 20 25 Як випливає із таблиці, вимірювання висоти підставки тигля, тобто положення тигля у тепловій системі протягом 1, 10 і 20 процесів вирощування монокристалів, показали, що висота підставки, що заявляється, залишається незмінною. Тоді як висота підставки за прототипом, внаслідок деформації, зменшилась на 10-15 мм. Запропонована підставка для вирощування монокристалів сапфіру (-Аl2О3) напрямленою вертикально кристалізацією розплаву придатна для вирощування об'ємних монокристалів корунду (-Аl2О3) в промислових масштабах. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 30 35 Підставка тигля для вирощування монокристалів сапфіру (-Аl2O3) напрямленою вертикально кристалізацією розплаву, що виконана у вигляді пустотілого циліндра із молібдену або його сплаву, розміщена вертикально в кристалізаційному вузлі, яка відрізняється тим, що в стінках пустотілого циліндра виконані симетрично розташовані вздовж його вертикальної осі щонайменше три глухі отвори з глибиною більше або рівною половині його висоти, порожнини яких заповнені вольфрамом або його сплавом з молібденом, причому центральні кути між осями глухих отворів кратні 15°. 2 UA 100811 C2 3 UA 100811 C2 Комп’ютерна верстка І. Скворцова 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 4