Пристрій для витягування профільованих кристалів

Реферат: Винахід стосується технології вирощування профільованих монокристалів методом Степанова. Пристрій включає шток витягаючого механізму, який розташовано співвісно або має зсув у горизонтальній площині щодо осі тигля, на якому закріплено затравкоутримувач у вигляді диска з затравками, причому затравкоутримувач з затравкою кріпиться до штоку витягаючого механізму, через перехідну муфту, в якій за допомогою гвинтів для фіксування, закріплено шток горизонтальної втулки, що має відкритий горизонтальний отвір у нижній частині, в якому може переміщатися напрямна з затравкоутримувачем з можливістю обертання затравкоутримувача навколо власної осі і фіксацією його в потрібному положенні. Напрямна з затравкоутримувачем має можливість повороту в отворі горизонтальної втулки на кут до 40° в будь-яку сторону. Запропонована конструкція для витягування профільованих кристалів дає можливість переміщенню затравкоутримувача з затравкою в будь-яку точку торцевої поверхні тигля. UA 107982 C2 (12) UA 107982 C2 UA 107982 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід стосується технології вирощування профільованих монокристалів методом Степанова. Метод Степанова дозволяє вирощувати кристали різної форми і розмірів. Для вирощування профільованих кристалів використовують пристрої, які містять такі елементи, як витягаючий механізм, тигель для розплаву з формоутворювачем і затравкоутримувачем, який закріплено на штоку витягаючого механізму, який розташовується співвісно з тиглем, формоутворювач розташовують в центрі тигля для забезпечення радіальної теплової симетрії на всій робочій поверхні формоутворювача. При такому розташуванні формоутворювача при вирощуванні великогабаритних кристалів (труб, стрижнів, пластин) необхідно радіальний зсув затравкоутримувача з затравочним кристалом щодо осі штоку витягаючого механізму і робочої поверхні формоутворювача на певну величину, що залежить від габаритів і типорозміру кристалу, що вирощується. При цьому торець затравочного кристалу, що має задану кристалографічну орієнтацію, повинен бути точно розташований в заданій точці робочої поверхні формоутворювача. Відомі пристрої витягування для вирощування профільованих кристалів [Антонов П.І., Затуловський Л.М. та ін.. "Получение профилированных монокристаллов и изделий способом Степанова". Видавництво "Наука", 1981 р., стор. 133-140] з співвісно-розташованими штоком витягаючого механізму і тиглем, в яких горизонтальне зміщення затравкоутримувача від осі штока можливо тільки шляхом застосування жорсткого кронштейну. Недоліком даного пристрою є те, що даний кронштейн годиться для вирощування кристалів тільки одного розміру. При зміні розмірів формоутворювача або його розташування щодо осі тигля необхідно використовувати новий кронштейн. До того ж, кронштейн не дозволяє здійснювати поворот затравкоутримувача щодо власної осі. Це обмежує можливість точно орієнтувати кристалографічні площини затравки щодо робочої поверхні формоутворювача, що особливо важливо при вирощуванні профільованих кристалів зі строго заданою кристалографічної орієнтацією їх бічної поверхні. Відомо пристрій для витягування карусельного типу для поворотно-групового вирощування профільованих кристалів [Добровинськая Є.Р., Литвинов Л.А., Пищик В.В. "Енциклопедия сапфира" Харків, НТК "Інститут монокристалів", 2004 р., стор. 263-264], як з співвіснорозташованим щодо тигля кріпленням затравкоутримувача, так і зі зміщеним в горизонтальному напрямку. Недоліки даного пристрою такі ж, як і в описаному вище пристрої. Наявність в даному пристрої зсуву штока витягаючого механізму щодо осі тигля дозволяє зміщувати затравкоутримувач з затравкою в горизонтальному напрямку щодо робочої поверхні формоутворювача. Однак, це переміщення може здійснюватися тільки по дузі, яка дорівнює радіусу диска карусельного механізму. Для зміни величини зсуву при вирощуванні кристалів іншого типорозміру необхідно використовувати новий диск. До того ж переміщення затравкоутримувача по дузі далеко не завжди дозволяє встановити торець затравки в необхідне місце на робочій поверхні формоутворювача. Все це обмежує можливість установки затравки в будь-яку задану точку формоутворювача, орієнтації її кристалографічних площин відносно робочої поверхні формоутворювача і ускладнює конструкцію кріплення затравкоутримувача. Даний пристрій вибрано як прототип, як найбільш близьке технічне рішення. В основу винаходу поставлена задача створення пристрою для витягування профільованих кристалів, що буде служити для кріплення затравкоутримувача з затравкою і забезпечить її точну установку, з урахуванням кристалографічної орієнтації її бічній поверхні, в задану точку робочої поверхні формоутворювача, який може бути встановлений в будь-якій точці робочої поверхні тигля. Рішення поставленої задачі досягається тим, що в пристрої для витягування профільованих кристалів, що включає шток витягаючого механізму, який розташовано співвісно або має зсув у горизонтальній площині щодо осі тигля, на якому закріплено затравкоутримувач у вигляді диска з затравками, згідно з винаходом, затравкоутримувач з затравкою кріпиться до штоку витягаючого механізму, через перехідну муфту, в якій за допомогою гвинтів для фіксування, закріплено шток горизонтальної втулки, яка має відкритий горизонтальний отвір у нижній частині, і напрямної з затравкоутримувачем, яка в ньому може переміщатися з можливістю обертання затравкоутримувача навколо власної осі і фіксацією його в потрібному положенні, при цьому напрямна з затравкоутримувачем має можливість повороту в отворі горизонтальної втулки на кут до 40° в будь-яку сторону. Ця конструкція затравкоутримувача з затравкою дає можливість переміщення його в будьяку точку торцевої поверхні тигля: 1) по окружності тигля поворотом в перехідній муфті штока горизонтально розташованої втулки, 1 UA 107982 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 2) в радіальному напрямку шляхом переміщення направляючої в горизонтальній втулці, 3) відхиленням від вертикального положення шляхом повороту направляючої в горизонтальній втулці відносно своєї осі на необхідну величину. Різьбове кріплення з контргайкою затравкоутримувача в направляючої дозволяє повертати і фіксувати його положення відносно власної осі. Це дає можливість орієнтувати кристалографічні площини затравочного кристалу щодо робочої поверхні формоутворювача, який встановлено на торці тигля. Можливість повороту направляючої в отворі горизонтальної втулки відносно своєї осі дозволяє відхиляти затравкоутримувач з затравкою від вертикальної осі на кут до 40° в будь-яку сторону, що дає можливість компенсувати відхилення площини торця затравки від необхідної кристалографічної орієнтації і точного позиціонування її відносно робочого торця формоутворювача. Збільшення відхилення затравкоутримувача з затравкою від вертикальної осі на кут більше 40° неможливо в силу конструктивних особливостей горизонтальної втулки, які зрозумілі з фіг. 1, фіг. 2. На фіг. 1 наведено загальний вигляд запропонованого пристрою. На фіг. 2 наведено елементи пристрою для витягування профільованих кристалів: а - втулка з штоком, б - напрямна з затравкоутримувачем і затравочним кристалом. На фіг. 3 наведено окремі елементи пристрою (втулка з напрямною і затравкоутримувачем в зборі) та їх взаємодію: а - затравкоутримувача, який розташовано вертикально, б затравкоутримувача, що відхилено від вертикального положення. Пристрій для витягування профільованих кристалів (фіг. 1), складається з штока витягаючого механізму 1, перехідної муфти 2, фіксуючих гвинтів 3, штока горизонтальної втулки 4, горизонтальної втулки 5 з отвором 6 і фіксуючим гвинтом 7, напрямної 8, затравкоутримувача 9 із контргайкою 10 і затравкою 11. Горизонтальна втулка 5 має кілька отворів 17 (фіг. 2а) для фіксації в ній гвинтом 7 напрямної 8 при висуванні її з отвору 6 горизонтальної втулки на необхідну довжину. Отвори 19 в напрямній 8 (фіг. 2б) дозволяють фіксувати затравкоутримувач 9 на різній довжині напрямної 8. Зміна положення гвинта 7 в отворах 17 і затравкоутримувача 9 в отворах 19 дає можливість плавно регулювати положення торця затравки 11 щодо робочої поверхні формоутворювача 16, який розташовано в тиглі 12. Кількість і відстань між отворами 17 в горизонтальній втулці 5 і отворами 19 в напрямній 8 вибираються в залежності від технологічних завдань. Отвори 19 в напрямній 8 можуть бути використані для одночасного кріплення декількох затравкоутримувачів при одночасному вирощуванні кристалів з декількох формоутворювачів (груповий метод вирощування). Пристрій дає можливість зміщення і фіксації затравкоутримувача 9 щодо вертикальної осі на кут до 40° шляхом повороту напрямної 8 (фіг. 3а, б). Спосіб зсуву зрозумілий з фігури. Пристрій працює наступним чином (фіг. 1). При підготовці кристалізаційної установки до вирощування пристрій в зборі закріплюється на штоку витягаючого механізму 1 і розташовується над тиглем 12, який заповнено сировиною 14, в кришці 13 якого закріплено формоутворювач 16 з капілярним каналом 15. Шляхом переміщення напрямної 8 в отворі 6 горизонтальної втулки 5 і обертанням штока 4 в перехідній втулці 2 домагаються розташування торця затравки над живлячим каналом 15 формоутворювача 16. Знайдене положення затравкоутворювача 9 з затравкою 11 фіксують гвинтами 3 і 7. Далі, відкрутивши контргайку 10 на 1-2 обороту, обертанням затравкоутворювача 9 навколо своєї осі, орієнтують кристалографічні площини затравки 11 щодо бічної поверхні формоутворювача 16 і затягують контргайку 10. При необхідності зміщення торця затравки від вертикалі відпускають стопорний гвинт 7 і повертають напрямну 8 в отворі 6 на необхідний кут (фіг. 3а, б). Положення фіксують стопорним гвинтом 7. Пристрій готовий до роботи. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 50 55 Пристрій для витягування профільованих кристалів, що включає шток витягаючого механізму, який розташовано співвісно або має зсув у горизонтальній площині щодо осі тигля, на якому закріплено затравкоутримувач у вигляді диска з затравками, який відрізняється тим, що затравкоутримувач з затравкою кріпиться до штоку витягаючого механізму, через перехідну муфту, в якій за допомогою гвинтів для фіксування, закріплено шток горизонтальної втулки, що має відкритий горизонтальний отвір у нижній частині, в якому може переміщатися напрямна з затравкоутримувачем з можливістю обертання затравкоутримувача навколо власної осі і фіксацією його в потрібному положенні, при цьому напрямна з затравкоутримувачем має можливість повороту в отворі горизонтальної втулки на кут до 40° в будь-яку сторону. 2 UA 107982 C2 3 UA 107982 C2 Комп’ютерна верстка Д. Шеверун 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