Устройство для получения нитевидных монокристаллов

(в) Я 3 (и) 1 (51) 5 СЗОВ 15 34 6209 Л СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОсудАРстветт НОе пАтептнОеВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕПТ СССР)(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ НИТЕВИДНЫХ МОНОКРИСТАЛЛОВ(57) Изобретение относится к технике полученияискусственных кристаллов и обеспечивает повыше.ние качества монокристаллов, Устройство содержит камеру роста с тиглем дпя расплава, формообразоватепь и средство перемещения затравкодержателя. Средство выполнено в форме двух коаксиально размещенных барабанов, консольно установленных на валах с возможностью вращения и осевого перемещения. На внешней поверхности наружного барабана выполнена винтовая нарезка, а к внутреннему барабану с .помощью гибкого элемента прикреплен затравкодержатепь. Получена монокристаллическая нить сапфира диаметром 0,3 мм, длиной 20 м повышенного качества. 1 табл. 3 ил.Изобретение относится к устройствам для выращивания нитевидных монокристдллов.Наиболее близким к предлагаемому устройству являет" я устройство для выращивания волокон тугоплавких окислов, принятое. за прототип.Устройство содержит установленные в камере лодочку для расплава, нагреватель, формообразователь и окружающие их экраны, установленные над формообраэователем два охлаждаемых элемента и роликовый механизм. В предлагаемом устройстве выращива. ние волокон осуществляют с выводом их из камеры через щель в верхней крышке,Недостатками устройства являются необходимость проведения процесса в протоке газа при избыточном давлении и подача его через камеру с относительно большим расходом для предотвращения попадания воздуха в камеру; кроме того, из-эа возникающего противотока газов в камеру попадает кислород, усиливающий взаимодействие материала контейнера с расплавом и, как следствие, загрязняющего расплав,При этом ухудшается качество кристалла и его прочностные характеристики, что выражается в неравномерности скорости вытягивания из-за применения фрикционного роликового механизма, снижающей качество выращиваемых нитей.Цель изобретения - повышение качества монокристаллов.Поставленная цель достигается тем, что устройство для получения нитевидных монокристаллов из расплава методом Степанова, содержащее ростовую камеру, установленные в ней тигель для расплава с формообразователем, нагреватель тигля, экраны, затравкодержатель и средство его перемещения, снабжено направляющим элементом, расположенным на расстоянии над формообразователем, средство перемещения установлено над направляющим элементом и выполнено в виде двух коаксиально расположенных барабанов, консоль- но закрепленных на валах, установленных с воэможностью вращения и осевого перемещения, внутренний барабан связан с приво- дом и снабжен гибким элементом для закрепления затравкодержателя, наружный барабан имеет прорезь, соответствующую размерам затравкодержателя, и винтовую . канавку для нитевидного монокристалла, выполненную на его внешней поверхности, а вал содержит винтовую пару, шаг совпадает с шагом канавки. Выполнение средства перемещения ввиде двух коаксиально расположенных барабанов, иэ которых один консольно присоединен к приводу вращения, а второй - к5 винтовой паре, шаг которой совпадает с нарезанной на наружном барабане винтовойканавкой для наматывания монокристаллической нити, позволяет при совместном вращении барабанов перемещать их в осевом10 направлении в процессе вытягивания так,что ось растущей нити всегда совпадает.сотверстием в формообразователе, а это исключает вибрацию нити и обеспечивает высокое ее качество.15 Наличие затравкодержателя с затравкой, укрепленного к внутреннему барабанупри помощи гибкого элемента, позволяетпроизводить затравливание и начальноевытягивание нити, не сбивая ее с оси роста20 и не сдвигая с этой оси отьюстированныйнаружный барабан с нарезанной канавкой,а после сцепления затравкодержателя с наружным барабаном и совмещения оси ростас канавкой на барабане соединяет для со 25 вместного вращения и осевого перемещения внутренний и наружный барабаны, чтообеспечивает стабильность оси роста и в тоже время наматывание нити на барабан.Такая связь барабанов позволяет про 30 изводить затравливание, рост и наматывание нити на барабан в герметическизакрытом объеме, что гарантирует высокоекачество ее.Наличие направляющего элемента иск 35 лючает вибрацию нити на участке от формообразователя до барабана и возникающиеот этого нарушения монокристаллическойструктуры, следовательно, устранение вибрации улучшает структурное совершенство40 нитей,На фиг,1 изображен общий вид устройства; на фиг.2- разрез А-А на фиг.1; на фиг,Зизображены барабаны в разобранном видепри замене нарезанной части наружного а 45 рабана.Устройство содержит ростовую герметичную камеру 1, установленные в ней тигель 2 для расплава, снабженныйнагревателем тигля 3 и формообразовате 50 лем 4 с охлаждающими элементами; к камере 1 присоединен герметично корпус 5 сосъемной крышкой 6, в котором размещеносредство перемещения, Средство перемещения выполнено в виде двух коаксиально.55 расположенных барабанов, На валу 7 консольно укреплен внутренний барабан 8, связанный с приводом 9 вращения и осевогоперемещения, а на валу 10 в винтовой паре11 установлен наружный барабан, выполненный из двух частей 12 и 13, отъемнаячасть которого 13 фиксируется к остальной части 12 стопором 14 и имеет винтовую канавку 15 (фиг.З), шаг которой совпадает с. шагом шарико-винтовой пары 11, и прорезь 16. Внутренний барабан 8 имеет две коль цевые канавки, в которых помещен гибкий элемент - тросы 17, на концах которых укреплен затравкодержатель 18 с затравкой 19 (фиг.З), имеющий форму и размеры, точно совпадающие с прорезью 16 на наруж ном барабане 12.Внутри корпуса 1 установлен направляющий элемент 20, имеющий концентрические канавки 21 и систему управления 22, выведенную наружу, Для защиты от излуче ния барабаны ограждены экранами 23.Работает устройство следующим образом;, В камере 1 устанавливают тигель с шихтой 2, помещают ее в нагреватель 3 и снаб жают формообразователем 4, при этом крышка 6 открыта, Вращением вала 10 в шарико-винтовой паре 11 выводят наружный барабан 12 в правое крайнее положение, осевым перемещением вала 7 вводят 25 внутренний барабан 8 в наружный 12 до упора так, чтобы затравкодержатель 18 вошел в прорезь 16 и был сцеплен с наружным барабаном 12. Вращением вала 10 опускают эатравкодержатель 18 до совмещения ЗО укрепленной на нем затравки 19 с отверстием в формообразователе 4, юстируя при этом формообразователь, после чего направляющий элемент 20 устанавливают по вертикально расположенному тросу 17 (от весу), фиксируют это положение направляющего элемента в системе управления 22 и отводят элемент 20 на определенную величину для пропуска затрэвкодержателя 18.При проведении этих операций наруж ный барабан 12 остается неподвижным.После этого камеру 1 и 5 герметизируют, включают нагреватель 3, приготавливая расплав, производят затравливание ивытягивание нити, После прохождения затравка держателя 18 выше направляющего элемента 20 последний устанавливают в по. ложение, при котором нить ограничена его канавкой, и включают привод вращения 9. После совмещения затравкодержателя 18 с 50 прорезью 16 наружный барабан 12, увлекаемый затравкодержателем 18, начинает вращаться совместно с внутренним барабанома так как опорой вала 10 является шарико-винтовая пара 11, то совместное 55 вращение сопровождается совместным осевым перемещением и происходит синхронное наматывание нити на винтовую канавку 15 барабана 13, Процесс зэкэнчивэегся после заполнения нарезанной отъемной части 13 вырэщиваемой нитью кристалла.После этого нагреватель отключают. камеру разгерметизируют, открывают крышку 6, фиксируют края нити, разводят барабаны 8 и 12 в крайние противоположные стороны, отпускают стопор 14 и производят съем отьемной части 13 с намотанной нитью и замену ее на новую.Далее процесс повторяют,Пример выращивания сапфировой нити диаметром 0,3 мм, Для выращивания использовалась ростовая камера модернизированной серийной установки "Кристалл", в которой было смонтировано предлагаемое устройство,Выращивание осуществлялось из тигля размером 80 х 80 с использованием вольфрамовых капилляров диаметром 0,3 мм. После выполнения Ъпераций по юстировке ба рабанов и формообразователя кристаллизэционную камеру герметизируют, откачивают до 2 10 мм рт.стзаполняют аргоном до давления 0,005 мПа, включают нагрев и доводят температуру тигля до расплавления сырья, Производят затравливэние и вытягивание нити, После прохождения эатравкодержателя 18 выше направляющего элемент 20 последний устанавливают в положение, при котором перемещение нити ограничено его канавкой, и включают привод 9.Процесс оканчивается после выращивания 20 мм нити, После этого нить отрывают от формообрэзовэтеля повышением скорости, затем скорость снижают до О.Камеру разгерметизируют, открывают крышку 6, фиксируют края нити, разводят барабаны 8 и 12 в крайние противоположные стороны, отпускают стопор 14 и осуществляют съем выращенной нити.Сравнительные данные по качеству и стоимости выращиваемых нитей приведены в таблице.Кэк видно из таблицы, предлагаемое устройство обеспечивает улучшение качества монокристаллических нитей по сравнению с и рототипом.(56) Авторское свидетельство СССРМ 736424, кл, С 30 В 15/34, 1978,1736209 относительнои стоимости учтено только увеличениеической оснастки за счет бескислородной среды ирасхода аргона марки "особой частоты". тойкости технорезкое сокращен Формула изобретенияУСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ НИ-,ТЕВИДНЫХ МОНОКРИСТАЛЛОВ из рас. плава методом Степанова, содержащееростовую камеру с установленными в нейтиглем для расплава с формообразователем, нагреватель тигля, экраны, затравкодержатель и средство его перемещения, отличающееся тем, что, с целью повышения качества монокристаллов, устройство снабжено направляющим элементом, расположенным на расстоянии над формообразователем, средство перемещения установлено над направляющим элемен, том и выполнено в виде двух коаксиально расположенных барабанов, консольно закрепленных на валах, установленных с возможностью вращения и осевого перемещения, внутренний барабан связан с приводом и снабжен гибким элементом для закрепления затравкодержателя, наружный барабан имеет прорезь, соответствующую размерам затравкодержателя, и винтовую канавку для нитевидного моно- кристалла, выполненную на его внешней поверхности, а вал содержит винтовую пару, шаг которой совпадает с шагом канав.Моть оэлов исн и 3035, М Патент", г. Ужгор ага рина и ком Закаэ 335 иэводственно-иэда оставитель К.Давы ехред М.Моргентал