ФОРМООБРАЗОВАТЕЛЬ ДЛЯ ВЫРАЩИВАНИЯ ИЗ РАСПЛАВА ТУГОПЛАВКИХ СОЕДИНЕНИЙ КРИСТАЛЛОВ ЭЛЛИПТИЧЕСКОЙ ФОРМЫ

Полезная модель относится к области выращивания из расплава профилированных кристаллов тугоплавких соединений, например, лейкосапфира, рубина, алюмоиттриевого граната и других тугоплавких соединений, по способу Степанова, эллиптической формы, которые могут быть использованы в лазерной технике, приборостроении, машиностроении.
Необходимость выращивания кристаллов эллиптической формы обусловлена тем, что в лазерной технике имеется потребность в наиболее эффективных отражателях лазерных систем (моноблоках) с поперечным сечением в виде эллипса с продольными цилиндрическими отверстиями.
Известно устройство для получения профилированных кристаллов в виде труб из расплава на торце формообразователя (А.с. СССР №1592414, МПК C30B 15/34, заявл. 26.11.86, опубл. 15.09.90, бюл. №34), состоящего из внешней цилиндрической втулки и внутренней вставки (с глухим центральным отверстием) с капиллярным зазором между ними. Такое устройство позволяет выращивать трубы, даже толстостенные, однако получение эллиптических профилей на таком формообразователе невозможно.
2
3
Наиболее близким техническим решением, взятым за прототип, является формообразователь, используемый для получения профилированных кристаллов в виде массивных стержней с двумя сквозными продольными отверстиями разного диаметра (В.Б. Браиловский, В.И. Шабуркина, А.Е. Рыжков и др. «К вопросу о взаимодействии молибденовых формообразователей с расплавом AlO при изготовлении профильных изделий по способу Степанова. Материалы IX совещания по получению профилированных кристаллов и изделий способом Степанова и их применению в народном хозяйстве. Ленинград, 1982, с. 267). Известный формообразователь включает внешнюю цилиндрическую втулку и коаксиально размещенную в ней с капиллярным зазором внутреннюю вставку, на торцевой поверхности которой выполнены 2 глухих отверстия.
Формообразователь позволяет выращивать цилиндрические отражатели с продольными отверстиями, однако, выращивать из него эллиптические профили невозможно.
Перед авторами стояла задача создания технологичного в изготовлении формообразователя для выращивания профилированных кристаллов с заданным поперечным сечением в виде эллипса с продольными цилиндрическими каналами.
Технический результат достигается тем, что в формообразователе для выращивания из расплава тугоплавких соединений профилированных изделий, включающем внешнюю цилиндрическую втулку и коаксиально размещенную в ней с капиллярным зазором внутреннюю вставку, на торцевой поверхности которой выполнены глухие отверстия, согласно полезной модели верхняя часть формообразователя срезана под углом а к горизонтальной оси с образованием торцевой поверхности эллиптической формы с заданными сопряженными большой осью D и малой осью d, удовлетворяющими соотношению d/D=cosα, при этом глухие отверстия на торцевой поверхности вставки выполнены перпендикулярно эллиптической поверхности.
Заявляемая полезная модель поясняется чертежами.
На фиг. 1 схематично изображен в разрезе формообразователь для выращивания цилиндрического отражателя, угол а, под которым срезается верхняя часть формообразователя (пунктиром обозначена линия среза) с образованием эллиптической поверхности с большой осью D и малой осью d.
На фиг. 2 изображен тот же формообразователь со срезанной верхней частью (вид справа).
На фиг. 3 схематично показано положение формообразователя во время выращивания эллиптического профиля. Эллиптическая торцевая поверхность формообразователя располагается в горизонтальной плоскости. Глухие отверстия выполнены перпендикулярно эллиптической поверхности вставки.
Устройство для выращивания профилированных кристаллов (фиг. 3), в котором используется полезная модель, включает ростовую камеру 1, в которой размещен тигель 2 с расплавом 3. В тигле установлен формообразователь (4, 5, 6) таким образом, чтобы его эллиптический торцевая поверхность была расположена горизонтально. Формообразователь состоит из внешней втулки 4 и внутренней вставки 5 с капиллярным зазором 6 между ними. На штоке 7 закреплена монокристаллическая затравка 8, на которую выращивают эллиптический профиль 9. Рост осуществляется из столбика расплава 10 на верхнем торце формообразователя.
Устройство работает следующим образом.
Камеру роста наполняют инертным газом. Расплавление загрузки в тигле 2 проводят в его нижнем положении без контакта расплава 3 с нижним торцом формообразователя. Затем тигель 2 поднимают и погружают нижний торец формообразователя в расплав 3, и расплав за счет капиллярных сил поднимается к верхнему эллиптическому торцу формообразователя. Далее опускают затравку 8, закрепленную на штоке 7, до касания с верхним эллиптическим торцом формообразователя, производят затравление и включают перемещение вверх штока 7 с затравкой 8. Из столбика расплава 10 начинается рост кристалла 9, поперечное сечение которого соответствует верхнему торцу формообразователя, т.е. имеет форму эллипса.
Как показали практические эксперименты, такая полезная модель (конструкция формообразователя) позволяет достаточно просто выращивать эллиптические профили из расплава тугоплавких материалов.
Пример конкретной реализации полезной модели.
Эксперименты проводили на установке для выращивания кристаллов типа СЗВН-20.800/22-И1 с графитовой тепловой зоной. Формообразователь и тигель изготовили из молибдена. Диаметр тигля составлял 100 мм, глубина 65 мм. Для выращивания кристаллов эллиптической формы с заданными сопряженными большой осью D=30 мм и малой осью d=27 мм верхнюю часть формообразователя с внешним диаметром 27 мм срезали под углом 26°, который определяли из соотношения d/D=cosα. Перпендикулярно эллиптической поверхности вставки были выполнены глухие отверстия диаметром 8 мм и 12 мм (в фокусах эллипса). Формообразователь устанавливали таким образом, чтобы его эллиптическая торцевая поверхность располагалась горизонтально.
2
Загрузка тигля составляла 800 г оксида алюминия (бой кристаллов, полученных методом Вернейля). Расплавление исходного сырья вели в нижнем положении тигля. Выращивание кристаллов осуществляли со скоростью 0,5 мм/мин в среде инертного газа (аргона) с избыточным давлением 0,05 кгс/см.
В результате выращивали кристалл из лейкосапфира длиной до 200 мм с поперечным сечением в виде эллипса с большой осью D=29,5 мм и малой осью d=26,7 мм и двумя продольными отверстиями диаметром 8 и 12 мм.
Возможно выращивание эллиптических профилей и других требуемых размеров.
Из вышеприведенного примера следует, что заявляемая полезная модель технологична в изготовлении и позволяет выращивать кристаллы с заданным поперечным сечением в виде эллипса с продольными цилиндрическими отверстиями для получения наиболее эффективных отражателей лазерных систем.
Заявляемая полезная модель найдет применение при выращивании кристаллов, используемых в лазерной технике, приборостроении, машиностроении.