Устройство для выращивания кристаллов Советский патент 1992 года по МПК C30B11/00 

Изобретение относится к устройствам для выращивания кристаллов направленной кристаллизацией расплавов и может найти применение в химической промышленности, в частности в технологии выращи- вания щелочногалоидных кристаллов, используемых в сцинтилляционной технике,

Целью изобретения является снижение энергозатрат и повышение производительности.

На чертеже изображено предлагаемое устройство, продольный разрез.

Устройство содержит вертикальную шахтную печь, состоящую из камеры плавления, содержащей верхнюю секцию 1 и нижнюю секцию 2, и камеры кристаллизации 3.

Каждая секция 1 и 2 камеры плавления и камера кристаллизации 3 содержат автономные нагреватели 4, 5 и 6 соответственно,

Каждый нагреватель камеры плавления и кристаллизации имеет датчик температуры 7, 8 и 9, каждый из которых связан с автономной системой регулирования температуры (не показана).

Во внутреннем объеме нижней секции 2 камеры плавления установлен кольцевой водоохлаждаемый холодильник 10.

Ампула 11 с кристаллизуемым веществом 12 при помощи подвесного устройства подвешена к вытягивающему механизму (не показан). Размеры секций 1 и 2 выбраны из соотношений

сл

00

о

00 00

4

dH

dB (1,1-1,5) da. 1,2-2,2;

OB

h e ha, h H da. а датчик температуры 7 установлен на высоте, равной h(0,1-0,3) hB, от нижнего торца верхней секции 1, где ds . ha, dH , пн , da, ha - диаметр и высота верхней 1, нижней 2 секции и ампулы 11.

В конкретном исполнении элементы устройства имели следующие размеры диаметр верхней секции 1 d в 340 мм, а высота hB 650 мм; диаметр в нижней секции 2 JH 426 мм, а высота Ьн 250 мм.

Датчик температуры 7 верхней секции 1 установлен на высоте Ь 150мм от его нижнего торца.

Холодильник 10 с внутренним диаметром 280 мм, наружным диаметром 4 320 мм и высотой 40 мм расположен во внутреннем объеме нижней секции 2 на расстоянии 1 80 мм от его нижнего торца.

Диаметр ампулы da 245 мм, а высота ha 650 мм.

Диаметр и высота нагревателя 6 камеры кристаллизации6составляли 280 мм и 400 мм соответственно.

Устройство работает следующим образом.

Ампулу 11 заполняют кристаллизуемым веществом 12, например йодистым натрием массой 40 кг, и при помощи вытягивающего механизма помещают в камеру плавления.

Включают питание нагревателей 4, 5 и Бис помощью автономных систем регулирования устанавливают необходимые температуры. Печь выводят на режим, при котором температура в камере плавления достигает на 100°С выше температуры плавления вещества в ампуле (температура йодида натрия 651°С).

В дальнейшем процесс осуществляется автоматически. При достижении в камере плавления заданной температуры происходит плавление помещенного в ампулу 11 вещества 12 по всей высоте ампулы. Образующийся расплав за счет различия плотностей расплава и исходного вещества заполняет только нижнюю половину ампулы 11. За счет того, что выделяемая мощность нагревателем 5 нижней секции 2 локализована, ее становится достаточно для поддержания необходимой температуры в нижней части нагревателя 4 верхней секции 1.

В результате система регулирования температуры нагревателя верхней секции 1

Формула изобретения Устройство для выращивания кристаллов, содержащее камеры плавления и кристаллизации, расположенные одна над другой и снабженные нагревателями и датчиками температуры, кольцевой холодильник, размещенный в нижней части камеры плавления, и ампулу для кристаллизуемого вещества, установленную с возможностью осевого перемещения, отличающееся тем, что, с целью снижения энергозатрат и повышения производительности, камера

отключает питание этого нагревателя и переходит в режим ожидания.

Ампулу 11с расплавом 12 выдерживают на заданном режиме в течение 10ч, после

чего опускают ее со скоростью 4 мм/ч.

Система регулирования нагревателя 4 верхней секции 1 сохраняется в режиме ожидания и в дальнейшем, в процессе опускания ампулы 11 в камеру кристаллизации 5. Иными словами, работа нагревателя 4 верхней секции 1 осуществляется практически только в процессе плавления исходной загрузки сырья йодистого натрия, в результате чего обеспечивается экономия

5 электроэнергии. После окончания процесса кристаллизации ампулу 11с кристаллом извлекают из печи кристаллизации при помощи вытягивающего механизма.

При аварийном отключении нагревате0 ля 5 нижней секции 2 и его остывании по сигналу датчика 7 система управления автоматически включит нагреватель 4 верхней секции 1, компенсируя падение температуры, вызванное аварийным отключением на5 гревателя 5 нижней секции 2.

Это предотвращает разрушение кристалла и ампулы 11 и тем самым повышает надежность работы устройства, что связано с уменьшением брака и с повышением про0 изводительности устройства.

Автономные системы регулирования при помощи датчиков температуры 8 нагре- - вателя 5 нижней секции 2 и датчика температуры 9 нагревателя 5 камеры

5 кристаллизации 3 вместе с холодильником 10 поддерживают температуру кристаллизации в заданном режиме в процессе кристаллизации.

В таблице приведены сравнительные

0 данные, характеризующие работу предлагаемого и известного устройств.

14з приведенных таблице данных видно, что предлагаемое устройство позволяет выращивать кристаллы со скоростью в 1,5-2

5 раза быстрее при одновременном снижении уровня потребляемой мощности в 2 раза.

плавления выполнена в виде двух секций, размещенных одна над другой и снабженных автономными нагревателями, размеры секций определяют лз соотношений de .1-1,5)da, тг 1.2-2.2hH da, а датчик Ов

температуры верхней секции установлен на высоте, равной (0,1-0,3)he от ее нижнего торца,

где da, he - диаметр и высота верхней секции;

dH, hH - диаметр и высота нижней секda. ha - диаметр и высота ампулы

Изобретение относится к технике выращивания искусственных кристаллов и обеспечивает снижение энергозатрат и повышение производительности. Устройство содержит шахтную печь с камерами плавления и кристаллизации. Камера плавления выполнена из двух секций. Размеры секций от размеров ампулы для кристаллизуемого вещества. Устройство обеспечивает снижение энергозатрат в 2 раза при одновременном увеличении скорости выращивания. 1 ил. 1 табл.