Устройство для выращивания монокристаллов тугоплавких окислов Советский патент 1989 года по МПК C30B11/00 

Изобретение относится к области кристаллЪграфии, а более конкретно к устройствам для выращивания монокристаллов из тугоплавких окислов в виде пластин кристаллизацией расплава в лодочке.

Известно устройство для выращивания монокристаллов кристаллизацией расплава в лодочке, в котором нагреватель выполнен из расположенных пер. пендикулярно к направлению перемещения лодочки витков, каждая соседняя пара которых соединена встречно.

Известное устройство обладает недостаточной надежностью в работе из-за того, что по виткам на гревателя, расположенным в один ряд, текут токи противоположного направления, И витки под действием магнитных полей отталкивается друг от друга,увеличивая межвитковое расстояние,что приводит к изменению теплового поля в нагревательной камере, а также к замыканию витков на корпус.

Известно устройство, в котором концы стержневого нагревателя введены в отверстия контактного кольца (неоклаждаемого токоподвода) и закреплены посредством клиньев (конических штифтов).

Недостатком известного устройства является ненадежность электрического контакта, так как поверхность контакта образована только по линии касания стержня нагревателя и образующей отверстия в контактном кольце.Кроме того, при забивании и выбивании клина увеличивается вероятность поломки вольфрамовых стержней нагревателей.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство выращивания монокристаллов тугоплавких окислов, включающее камеру роста, размещенные в ней экраны,прутковый нагреватель сопротивления,имеющий верхние полувитки и нижние ,число которых превышает, число верхних,неохлаждаемые токоподводы, соединенные с концами нагревателя посредством клиньев, и Лодочку установленную с возможностью перемещения в полости нагревателя.

Концы нагревателя введены в сквозные отверстия в токоподводах каждый из которых выполнен из двух параллельных гаин, соединенных в двух местах по длине эксцентриковыми пальцами

Известное устройство обладает недостаточной надежностью в работе за счет того, что нижние полувитки нагревателя, расположенные в один ряд, под действием магнитных полей отталкиваются друг от друга, а также за счет малой поверхности контакта,образованной только по линии касания конца нагревателя и oбpaзyюD eй отверстий токоподводов о

Цель изобретения - повышение надежности устройствао

Это достигается тем, что в устройстве для выращивания монокристаллов тугоплавких окислов, включающем камеру роста, размещенные в ней экраны, прутковый нагреватель сопротивления, имеющий верхние полувитки и нижние, число которых превышает число верхних, неохлаждаемые токоподводы, соединенные с концами нагревателя посредством клиньев, и лодочку, установленную с возможностью перемещения в полости нагревателя, токоподводы в верхней части снабжены сухарями и скобами., последовательно охватываюпдами друг друга, образуя гнездо для крепления клина и конца нагревателя, и вьтолненными в средней части с выемками, в которой установлены сухари между клиньями и концами нагревателя, а нижние полувитки нагревателя расположены в два ряда в шахматном порядке.

На фиг.1 представлен общий вид устройства в аксонометрии; на фиг,.2 вид нагревателя с токоподводами в аксонометрии.

Устройство содержит камеру, в которой размещены экраны 1. Внутри экранов неподвижно установлен прутковый нагреватель сопротивления,витки которого образованы верхними 2 и нижними 3 полувитками, причем нижние полувитки расположены в два ряда в DjaxMaTHOM порядке, а концы 4 нагревателя соединены с токопроводами 5 посредством клиньев 6. Гнезда для клиньев вьшолнены в виде скоб 7,последовательно охватывающих друг друг прикрепленных к токоподводами 5 и вполненных из пакета молибденовых пластиНо Между вольфрамовым клином 6 и концом 4 нагревателя установлен молибденовый сухарь 8, наружная поверхность которого, соприкасающаяся с клином, выполненаЦилиндрической. Для затягивания и вытягивания клина Служит струбцина, в ножке которой имеется паз для прохождения клина.

Для облегчения скольжения клина 6 по сухарю 8 наружная поверхность су.харя 8, соприкасающаяся с клином 6, вьтолнена цилиндрической, а на клине 6 имеется лыска, выполненная под углом 2 - 3° к оси клина 6 В полости нагревателя размещена лодочка на раме для ее перемещения (на фиг. не показаны)

Устройство работает следующим образом.

Лодочку загружают исходным материалом

Помещают ее на раме в полости нагревателя, а в камере создают заданные температурные условия. Выращивание монокристалла осуществляют путем перемещения лодочки через температурный градиент.

В настоящей конструкции устройства для выращивания монокристаллов и тугоплавких окислов в виде пластин кристаллизацией расплава в лодочке, в сравнении с прототипом, когда нижние витки нагревателя расположены в два ряда в шахматном порядке,две пары полувитков отта:лкиваются друг от друга, а одна пара притягивается результирующая сил взаимодействия магнитных полей равна нулю. Из этого следует, что полувитки нагревателя при пропускании по ним тока не изменяют своих первоначальных размеров, то есть межвитковое расстояние остается постоянным, а следовательно, и постоянным тепловое поле в лагревательной камере.

Настоящая конструкция крепления концов нагревателя к токоподводам, в которой контактное отверстие образовано двумя полуцилиндрами, дает возможность вьшолнить контактное отверстие точно по выводу нагревателя, обеспечивает плотное прилегание по всей длине, чем исключает образование электрической дуги, а следовательно, оплавление контактной поверхности Устройство в сравнении с прототипом позволяет увеличить срок службы в 3-5 раз. При пгарине нагревателя в настоящем устройстве 90 мм он - обеспечивает ширину зоны расплава в пределах: для лейкосапфира 100-1 10 мм, для иттрий-алюминиевого граната 110130 мм, что благоприятно воздействует на испарение примесей; это позволяет проводить процесс выращивания с применением исходного материала с невысокой химической чистотой (средняя чистота 10 - 10 % по примесям), что существенно удешевляет стоимость выращенных монокристаллов„

Стоимость 1 кг исходного материала для вырапшвания кристалла лейкосапфира по прототипу составляет-200 руб., ИАГ - 1100 руб. Стоимость 1 кг исходного материала дня выращивания монокристаллов лейкосапфира с помощью предложенного устройства составляет 5 руб., ИАГ - 180 руб.

0 Благодаря настоящей конструкции нагревателя существенно стабилизируется температурное поле в кристаллизационной камере, что приводит к увеличению скорости кристаллизации на

5 25%. Скорость кристаллизации лейкосапфира в прототипе составляет 8 мм/ч о

Ресурс нагревателя при такой конструкции не менее 2ПОО ч, при этом в

0 результате эксплуатации в течение

2000 ч верхняя часть нагревателя -требует ремонта, а нижняя, благодаря расположению витков в шахматном порядке, может использоваться без ремонта еще в течение 2000 ч. В прототипе необходимо менять весь нагреватель через 1000 ч.

Выход годных кристаллов в предложенном устройстве составляет 80-90%,

0 по прототипу выход годных по промьщ ленным данным составляет 30-40%.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫРА(ЦИВАНИЯ МОНОКРИСТАЛЛОВ ТУГОПЛАВКИХ ОШСЛОВ, включающее камеру роста, размещенные в ней экраны, прутковый нагреватель сопротивления, имеющий верхние полувитки и нижние, число которых превьшает число верхних, неохлаждаемые токоподводы, соединенные с концами нагревателя посредством клиньев, и лодочку, установленную с возможностью перемещения в полости нагревателя, отличающееся тем, что, с целью повьппения надежности устройства, токоподводы в верхней части снабжены сухарями и скобами, последовательно охватывающими друг друга образуя гнездо для крепления клина и конца нагревателя, и выполненными в средней части с выемкой, в которой установлены сухари между клиньями и концами нагревателя, а нижние полувитки нагревателя располоi (Л жены в два ряда в шахматном.порядке