ФОРМООБРАЗОВАТЕЛЬ

Полезная модель относится к области выращивания из расплава профилированных кристаллов тугоплавких соединений по способу Степанова, например, лейкосапфира, рубина, алюмоиттриевого граната и других тугоплавких соединений, которые могут быть использованы в приборостроении, машиностроении, оптических элементах.
Известно устройство и способ 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), в котором используют формообразователь с кольцевым питающим капилляром и одним вертикальным каналом, выполненным в верхней части формообразователя. К недостаткам такого устройства следует отнести принципиальную невозможность на практике получения монокристаллических трубок с изменяющимся содержанием примеси в поперечном сечении.
Наиболее близким техническим решением, взятым за прототип, является многокапиллярный формообразователь (патент РФ на полезную модель №132806, МПК C30B 15/34, заявл. 06.11.2012, опубл. 27.09.2013), включающий корпус с расположенными в нем вкладышами с образованием между ними капиллярными каналами, выходящими на рабочий торец формообразователя, сечение которых подобно контурам рабочего торца формообразователя. Однако данное изобретение не позволяет получать кристаллы с изменяющимся содержанием примеси в поперечном сечении, например, в виде трубок, так как все капилляры формообразователя питаются расплавом одного состава из одного тигля.
Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является получение кристаллов с изменяющимся содержанием примеси в поперечном сечении, которые могут использоваться в качестве фильтров и в которых есть потребность в таких областях техники, как оптика, лазерная техника, приборостроение и машиностроение.
Данная задача решается при использовании формообразователя, включающего корпус с цилиндрическими вкладышами, расположенными коаксиально корпусу и друг другу с образованием между ними капиллярных каналов, выходящих на рабочий торец формообразователя, в котором согласно полезной модели внешний вкладыш представляет собой стакан, на дно которого с образованием глухого капиллярного канала установлен внутренний вкладыш, при этом на нижней торцевой поверхности внутреннего вкладыша выполнены прорези, соединяющие полость внутреннего вкладыша с глухим капиллярным каналом.
Заявляемая полезная модель поясняется чертежом, на котором схематично изображен в разрезе формообразователь для получения монокристаллических трубок с изменяющимся содержанием примеси в поперечном сечении.
Устройство для выращивания профилированных кристаллов, в котором используется полезная модель, включает тигель 1 с расплавом 2. В тигле 1 установлен формообразователь, состоящий из корпуса 3, внешнего вкладыша 4 и внутреннего вкладыша 5, со сквозным капиллярным каналом 6 и глухим капиллярным каналом 7. В полости 8 внутреннего вкладыша 5 находится расплав 9 другого примесного состава, отличного от расплава 2. На нижней торцевой поверхности внутреннего вкладыша выполнены прорези 10, соединяющие полость 8 внутреннего вкладыша 5 с глухим капиллярным каналом 7.
На штоке 11 закреплена монокристаллическая затравка 12, на которую выращивают трубу 13. Рост осуществляется из столбика расплава 14 на верхнем торце формообразователя.
Устройство работает следующим образом.
Расплавление загрузки в тигле 1 проводят в его нижнем положении без контакта расплава 2 с нижним торцом формообразователя. Затем тигель 1 поднимают и погружают нижний торец формообразователя в расплав 2, и расплав за счет капиллярных сил по капилляру 6 поднимается к верхнему торцу формообразователя. Загрузка с другим содержанием примеси, находящаяся в полости 8 внутреннего вкладыша 5, также расплавляется и через прорези 10, выполненные на нижней торцевой поверхности внутреннего вкладыша, и глухой капиллярный канал 7 также поднимается к верхнему торцу формообразователя. Далее опускают затравку 12, закрепленную на штоке 11, до касания с верхним торцом формообразователя, производят затравление и включают перемещение вверх штока 11 с затравкой 12. Из столбика расплава 14 начинается рост трубы 13 с изменяющимся содержанием примеси в поперечном сечении.
Из тигля 1 на верхний торец формообразователя поступает расплав 2 одного примесного состава, а из полости 8 внутреннего вкладыша - расплав 9 другого примесного состава. В результате выращивается труба, в поперечном сечении которой имеются два кольца с разным содержанием примеси.
Как показали практические эксперименты, такая полезная модель (конструкция формообразователя) позволяет выращивать из расплавов тугоплавких материалов профили с разным содержанием примеси в поперечном сечении.
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 70 мм, глубина 65 мм. Для выращивания труб с внешним диаметром 20 мм и внутренним диаметром 10 мм изготовили:
1) корпус с внешним диаметром 20 мм и внутренним диаметром 17 мм;
2) внешний вкладыш с внешним диаметром 16 мм и внутренним диаметром 13 мм, толщина дна равнялась 2 мм;
3) внутренний вкладыш с внешним диаметром 12 мм и внутренним диаметром 10 мм и с четырьмя глухими прорезями 1×5 мм на нижнем торце.
После сборки ширина капилляров между деталями формообразователя составляла 0,5 мм. Высота формообразователя составляла 55 мм.
2
Загрузка тигля составляла 340 г оксида алюминия (бой кристаллов, полученных методом Вернейля). В полость внутреннего вкладыша загружали 11,7 г кристаллов рубина (оксид алюминия с примесью 1% окиси хрома). Добавка такого количества примеси позволяет сохранить температуру плавления одинаковой для обоих видов загрузок. Расплавление исходного сырья вели в нижнем положении тигля. Выращивание труб осуществляли со скоростью 0,5 мм/мин в среде инертного газа (аргона) с избыточным давлением 0,05 кгс/см.
В результате выращивания получали трубы длиной 35-40 мм, в поперечном сечении которых были 2 кольца: диаметром от 14 до 20 мм из лейкосапфира и диаметром от 10 до 14 мм - из рубина. Увеличив объем полости внутреннего вкладыша, можно выращивать трубы большей длины.
Из вышеприведенного примера следует, что заявляемая полезная модель позволяет выращивать трубы с изменяющимся содержанием примеси в поперечном сечении.
Заявляемая полезная может найти применение при выращивании кристаллов, которые могут быть использованы в приборостроении, машиностроении, оптических элементах, лазерной технике.