Устройство для получения высокочистого монокристалла зонной плавкой

Полезная модель относится к устройствам для получения высокочистых металлов зонной плавкой, в частности к получению бериллия высокой чистоты.
6
Известна установка зонной плавки алюминиевых сплавов, включающая в себя реакционную камеру, контейнер с обрабатываемым материалом, индуктор для получения зоны расплава, при этом между контейнером и индуктором установлен защитный экран [см. Патент RU №2098504, МПК С22В 21/06, С30В 13/20, опубл. 10.12.1997 г.].
Недостатками аналога являются наличие самого контейнера, который сам является источником неконтролируемых примесей, дополнительно загрязняет его, а защитный экран, уменьшая аварийность, повышает трудоемкость и дороговизну установки.
Наиболее близкой к заявляемому техническому решению является установка бестигельной зонной плавки, состоящая из вертикальной вакуумной камеры для размещения образца, и высокочастотного индуктора, соединенного с приспособлением для его перемещения (см. Палатник Л.С., Сорокин В.К. Основы пленочного полупроводникового материаловедения. - М.; Энергия, 1973. - с. 98-99).
Недостатками прототипа являются сложность конструкции и высокая себестоимость, а также более низкая чистота получаемого монокристалла.
Задачей предлагаемого устройства для получения высокочистого монокристалла является упрощение конструкции, снижение себестоимости и трудозатрат при высокой степени очистки монокристалла.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для получения высокочистого монокристалла зонной плавкой, состоящем из вертикальной вакуумной камеры для размещения цилиндрического образца, и высокочастотного индуктора, соединенного с приспособлением для его перемещения, согласно полезной модели, высокочастотный индуктор выполнен в виде спиральной полой медной трубки, заполненной хладагентом и охватывающей вертикальную вакуумную камеру, а приспособление для перемещения спиральной полой медной трубки вдоль вертикальной вакуумной камеры выполнено в виде высокочастотного генератора и асинхронного двигателя, соединенных между собой жестко.
Данное устройство позволяет упростить конструкцию, снизить ее себестоимость и трудоемкость работ при высокой степени очистки.
Сущность устройства поясняются чертежом, где на фигуре схематично изображен общий вид устройства.
Устройство состоит из вертикальной вакуумной камеры, выполненной в виде трубки 1 из кварцевого стекла, высокочастотного индуктора 2 выполненного в виде спиральной полой медной трубки с хладагентом, охватывающей вертикальную вакуумную камеру 1. С двух торцов от вакуумной камеры 1 установлены токовводы 3, 4 для подачи переменного тока, которые соединены с медными захватами 5, 6 для закрепления цилиндрического литого образца 7, например, бериллия. Токовводы 3, 4 закреплены держателями 8, 9.
Приспособление для перемещения высокочастотного индуктора 2 вдоль вертикальной вакуумной камеры 1 состоит из асинхронного двигателя 10, и высокочастотного генератора 11, соединенных жестко, причем высокочастотный индуктор 2 соединен с высокочастотным генератором 11 пакетом гибких проводников 12.
Устройство работает следующим образом.
Индукционный нагрев зонной плавкой осуществляли высокочастотным индуктором 2, перемещением его сверху вниз вдоль вертикальной вакуумной камеры 1, в которой, с помощью медных захватов 5, 6, закрепляли литой цилиндрический образец 7 диаметром 20 мм. Через токовводы 3,4, расположенные с двух торцов от вертикальной вакуумной камеры 1 на литой образец 7, подавали переменный ток, и за счет смены направления движения носителей тока осуществляли эффективное перемешивание в центре расплавленной зоны, что позволяло удерживать примеси от перемещения к поверхности кристаллизации, препятствуя ее захвату поверхностью, в результате чего эффективность процесса очистки от примесей повысилась.
Высокочастотный индуктор 2 получал питание от высокочастотного генератора 11, а его перемещение сверху вниз вдоль вертикальной вакуумной камеры 1 осуществлялось асинхронным двигателем 10.
Выполнение вертикальной вакуумной камеры 1 из кварцевого стекла позволило получать более чистый монокристалл. Для охлаждения высокочастотного индуктора 2 использовали в качестве хладагента, например, воду.
Использование предлагаемого технического решения позволит по сравнению с прототипом упростить конструкцию, снизить себестоимость и трудозатраты при высокой степени очистки.