Партнерка на США и Канаду по недвижимости, выплаты в крипто
- 30% recurring commission
- Выплаты в USDT
- Вывод каждую неделю
- Комиссия до 5 лет за каждого referral
Существенные недостатки метода: невозможность непосредственного наблюдения за формой и положением фронта кристаллизации, наличие произвольной кристаллографической ориентировки выращиваемых монокристаллов.
Рисунок 3.6. Схема метода Стокбаргера
Серьезным недостатком этой группы методов выращивания является непосредственный контакт кристалла со стенками контейнера: при практически неизбежном различии коэффициентов термического расширения материалов кристалла и контейнера в кристалле могут возникать значительные внутренние напряжения, что приводит повышению количества дефектов кристаллического строения. Широкое распространение метод ВНК получил благодаря простоте проведения процесса, возможности поддержания постоянного градиента температуры на фронте кристаллизации, высокой производительности. Методом ВНК в трубчатом контейнере сложно выращивать кристаллы большого диаметра (более 150-200 мм). Между тем при использовании кристаллов в качестве оптических элементов лазерных систем и в качестве других оптических элементов оптических приборов, например, для призм спектрографов, оптических элементов лазерных систем и в качестве других элементов оптических приборов, размеры этих кристаллов оказываются недостаточными.
3.1.5. Метод Степанова
Метод Степанова по росту оптического сапфира (лейкосапфира Al2O3) был разработан в 1938 году в Физико-техническом Интституте им. Ф. Иоффе в С-Петербурге (рисунок 3.7).
Основная идея метода Степанова состоит в использовании сил поверхностного натяжения при росте кристалла. Расплав постепенно вытесняется в "холодную зону", где происходит кристаллизация, силами поверхностного натяжения. Оснастка нужного профиля задает форму будущего изделия.
Рисунок 3.7. Схема получения монокристаллов по методу Степанова
Способ Степанова существенно отличается от других расплавных методов скоростью отвода тепла от зоны кристаллизации, которая обеспечивается при прочих равных условиях большим отношением площади излучающей поверхности к объему кристалла. Высокая скорость отвода тепла позволяет вести процесс выращивания на достаточно больших скоростях. Этот метод для получения профилированного сапфира весьма прост, надежен и по целому ряду показателей: на первом этапе разработок для его осуществления пригодно практически любое технологическое оборудование, обеспечивающее получение необходимой температуры: технологическая тепловая зона проста, не требует особой точности при монтаже и сборке; скорость вытягивания можно варьировать в широком интервале значений; требования к качеству исходного сырья достаточно низкие; возможность применения телеконтроля за зоной роста делает процесс весьма воспроизводимым и сводит к минимуму субъективную оценку условий роста; кратковременное нарушение условий роста не приводит, как в других методах, к получению 100% брака. Одновременное выращивание нескольких профилированных кристаллов, легко реализуемое в этом способе, позволяет увеличить производительность процессов в десятки раз.
Метод используется при выращивании сапфировых лент, труб и стержней, а также других профилей из монокристаллического оптического сапфира (Al2O3). Изделия применяются в качестве высокотемпературных подложек, деталей точной механики, костных протезов, ламп высокого давления.
В последствие В. и В. предложили технологию выращивания труб малого диаметра по методу Степанова. Сапфировые трубы с малым диаметром отверстия (от 1 мм и менее), получаемые из расплава методом Степанова, представляют промышленный интерес с точки зрения их использования в качестве форсунок для агрессивных сред, износостойких фильер, капилляров. Их получение обычным способом Степанова вызывает ряд трудностей, связанных с поддержанием постоянного значения внутреннего отверстия. В процессе роста незначительные изменения оператором мощности нагрева часто бывают таковыми, что приводят к схлопыванию внутренней полости трубы. Поэтому был предложен другой тип формообразователя, в котором создание внутреннего диаметра идет за счет наличия тонкого цилиндрического стержня в его центре, верхний торец которого расположен выше, чем внешний край формообразователя (рисунок 3.8).
Такой тип формообразователя требует проведения исследований, связанных с вероятностным изменением мощности генератора, приводящего к изменению температур внешней среды, что в свою очередь может привести к такому изменению толщины выращиваемой трубы, что возможен либо захват кристаллом формообразующего стержня (примораживание), либо обрыв мениска вследствие потери его устойчивости.
Основным преимуществом метода Степанова и его модификаций является возможность получения практически готовых изделий из лейкосапфира Al2O3.
Рисунок 3.8. – Формообразователь и процесс затравливания; б) – процесс роста кристаллической трубы малого внутреннего диаметра.
3.1.6. Киропулоса.
Объемные монокристаллы лейкосапфира выращивают по методу Киропулоса. Метод достаточно прост (рисунок 3.9) и хорошо освоен. Суть метода, разработанного Киропулосом в 1926 – 1930 гг., заключалась в том, что кристаллы выращивают путем плавного и медленного снижения температуры расплава и изменения теплоотвода от кристалла с помощью охлаждаемого штока 9. В начале в расплав, находящийся в печи 6, нагретый примерно на 150°С выше Тпл, постепенно вводился холодильник, представляющий собой охлаждаемую металлическую трубку. Затем расплав медленно охлаждался и при достижении температуры, несколько превышающей Тпл, холодильник продувался воздухом.
В результате на конце холодильника начиналась кристаллизация с образованием полусферолита 2. Сферолит извлекался из расплава настолько, чтобы оставшаяся в расплаве часть, была примерно равна диаметру холодильника. В результате создавались благоприятные условия для геометрического отбора зародыша 3, на котором затем доращивался монокристалл.
|
|
Рис. 3. 9. Схема процесса. 1-полукристаллический полусферолит и 2-вырастающий из него монокристалл. |
Этот метод характеризовался малыми температурными градиентами, не превышающими 7 – 10 град/см. Вначале методом Киропулоса выращивали кристаллы галогенидов щелочных и щелочноземельных металлов, а затем в модификации, разработанной в России в Государственном оптическом институте, начали выращивать сапфир. В этой модификации совмещено снижение температуры с одновременным незначительным вытягиванием кристалла, в результате чего кристалл почти полностью растет внутри тигля в условиях малых градиентов температур (рисунок 3.10).
Рисунок 3.10. Метод Киропулоса: а - растущий кристалл; 1 - затравка; 2 - растущий кристалл; 3 - тигель; 4 - расплав; 5 - граница кристалла; 6 - фронт кристаллизации. б - выросший кристалл в тигле.
Соотношение между скоростью охлаждения и вытягивания на различных стадиях выращивания определяет в значительной степени форму и качество кристалла. Линейный характер снижения температуры и постоянство скорости вытягивания приводит к образованию кристаллов грушевидной формы с несколько повышенной плотностью пор в носовой и хвостовой зонах кристалла. На кривой, характеризующей увеличение веса кристалла в единицу времени, наблюдаются два максимума (рис.3.11,б).
Первый максимум на начальной стадии роста связан с увеличением лучистого теплоотвода от разрастающейся затравки. Увеличение лучистого теплоотвода от торцевых и боковых поверхностей затравочного кристалла приводит к формированию в расплаве острого конуса, направленного в глубь расплава. Ускоренный рост конуса обуславливает увеличение плотности макро - и микродефектов, поэтому на этой стадии снижают скорость роста.
Как только диаметр кристалла становится соизмеримым с внутренним диаметром тигля, картина кристаллизации изменяется, снижается уровень расплава в тигле. Скорость снижения уровня расплава в тигле υd связана с диаметром кристалла d, диаметром тигля dc, а также со скоростью вытягивания кристалла.
Un/ Ud = 1- (d/ dc)2
Для поддержания d = const необходимо, чтобы Un/Ud = const. На финальном участке условия роста вновь изменяются. Увеличивается скорость кристаллизации, меняется ее направление, кристаллизация идет от центра к периферии. На кривой (рисунок 3.11,б) появляется второй максимум.
Рис. 3.11 a - Схема установки для выращивания кристаллов методом Киропулоса с датчиком веса: 1 - растущий кристалл, 2 - расплав, 3 - тигель, 4 - нагреватель, 5 - экраны, 6 - камера, 7 - суппорт (подставка), 8 - сильфон, 9 - стержень, 10 - индикатор веса кристалла, 11 - пружина, 12 - шарнир;
б - относительное увеличение веса кристалла в зависимости от времени кристаллизации; в - стадии роста.
Как только диаметр кристалла становится соизмеримым с внутренним диаметром тигля, картина кристаллизации изменяется, снижается уровень расплава в тигле. Скорость снижения уровня расплава в тигле υd связана с диаметром кристалла d, диаметром тигля dc, а также со скоростью вытягивания кристалла.
Un/ Ud = 1- (d/ dc)2
Для поддержания d = const необходимо, чтобы Un/Ud = const. На финальном участке условия роста вновь изменяются. Увеличивается скорость кристаллизации, меняется ее направление, кристаллизация идет от центра к периферии. На кривой (рисунок 3.11,б) появляется второй максимум.
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 |
Основные порталы (построено редакторами)