CS217138B1 - Způsob zhotovení trubky z tyče - Google Patents

Abstract

Vynález řeší zhotovení trubky z tyče pomocí taveniny, která se nechává zatuh - nout ve tvaru trubky nebo profilu.Podsta - tou vynálezu je bezkelímková postupné ta - vení tyče a postupné zatuhávání taveniny do tvaru trubky bez použití jakékoliv jiné pevné látky, jež by byla ve styku s taveninou. Takto je možno zhotovit trubku prak - ticky libovolného průměru a libovolné síly stěny, s podélnými i příčnými otvory ve stěně trubky. Způsob je možno použít jak v gravitačním poli, tak v beztížném stavu.

Description

Vynález řeší způsob zhotovení trubky z tyče pomocí taveniny, která se nechává zatuhnout ve tvaru trubky nebo profilu.

Nej starší všeobecne známé způsoby tento problém řeší třískovým obráběním. Výhodou těchto způsobů je možnost zhotovení přesných tvarů trubek. Nevýhodou je odpad, který lze jen s obtížemi převést znovu na tyč nebo trubku,

Zhotivit trubku bez odpadu lze tvářením za tepla nebo studená pomocí trnu, který tyč postupně podél protlačí, přičemž stěny trubky se mohou válcovat nebo lisovat. Nevýhodou tohoto způsobu je omezená možnost použití na kujné nebo měkké materiály a nutnost použití trnu, válců a přípravků z jiných trvdších materiálů opracovaných pracnými způsoby.

Pro nekujné materiály jsou běžně používány metody lití taveniny do forem po předchozím roztavení tuhé látky v kelímku, respektive přímé tažení trubky z taveniny v kelímku přes matrici uloženou na hladině taveniny nebo v tavenině. Všechny tyto způsoby vyžadují použití jiných materiálů než je materiál taveniny, přičemž technické požadavky na tyto materiály jsou jen s obtížemi splnitelné. Jde o požadavky nerozpustnosti v tavenině, ze které chceme připravit trubku, požadavek nesmáčivosti taveninou, požadavky na tepelnou roztažnost odpovídající zatuhnuté trubce a podobné. Většinou jen částečně splnitelné požadavky na tyto materiály vedou k tomu, že životnost formy, kelímku a matrice jsou omezené a často mohou být použity jen pro zhotovení jedné trubky. Dochází také ke znečištění taveniny materiálem kelímku, formy nebo matrice a tak lze dosud, např. křemíkové trubky zhotovit jen a omezenou čistotou křemíku.

Výše uvedené nedostatky odstraňuje způsob zhotovení trubky z tyče podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že mezi alespoň jednou tyčí posunující se k tepelnému zdroji, umístěnému proti jednomu konci tyče a trubkou, vzdalující se od tepelného zdroje, se vytváří postupným tavením konce alespoň jedné tyče sloupec nebo více sloupců taveniny smáčející jak koneo alespoň jedné tyče, tak část čela trubky. Řízeným pohybem sloupce taveniny nebo více sloupců taveniny po čele trubky se nechá tavenina řízeným způsobem pomocí vytvořeného teplot ního gradientu v trubce na čele trubky ve vrstvě zatuhávat.

Materiál jednotlivých tyčí nemusí mít stejné chemické složení.

Čelo trubky, které je postupně smáčeno taveninou, může být monokrystalické nebo má orientovanou krystalografickou strukturu.

Kromě tepelného zdroje je možno použít k tavení tyče další tepelný zdroj pro vytvoření teplotních gradientů v trubce.

Výhodou zhotovení trubky z tyče podle vynálezu jsou možnosti zhotovení trubky praktic ky libovolného prů ezu a libovolné síly stěny, např.kruhového průřezu, téměř obdélníkového průřezu, oválného průřezu, kónusového tvarní atd. Je možné zhotovit trubky s podélnými i příčnými otvory ve stěně trubky. Čistota materiálu trubky může být v podstatě určena jen čistotou materiálu výchozí tyče, neboň tavenina je ve styku jen s materiálem trubky a s plyny nebo vakuem okolního prostředí. Je přitom možno použít inertních plynů nebo dokonce plynů majících redukční vlastnosti.

Další výhodou tohoto vynálezu je to, že může být k tavení a k ohřevu použito různých způsobů ohřevu a ke zmenšení ztrát vyzařováním může být snadno použito zrcadel. Tím, že tavenina na čele tuhnutí není ve styku se žádným jiným tuhým materiálem než je materiál trubky, je usnadněna krystalizace se zvolenou krystalografickou strukturou.

Způsob zhotovení trubky z tyče je vysvětlen na příkladech a objasněn pomocí výkresů.

Na obr.l je svislá tyč 1, např.z křemíku, může se však jednat i o jiný polovodič, kov, nebo jinou pevnou látku, upevněná na spodním konci v držáku 2 spojeném s hřídelí 2· Hřídel 2 může výkonávat rotační pohyb a může se posouvat nastavitelnou rychlostí směrem k ohřívací indukční cívce £, která umožňuje tavit horní koneo tyče 1. Souběžně proti tyči 1 je trubka 6 předehřívaná indukční cívkou £ nebo i ohřívací indukční cívkou J. Čáet čela trubky 6 Část čela trubky 6 se smočí v tavenině na konci tyče a vytvoří se zcela protavený sloupec taveniny 8. Tvar sloupce taveniny 8 je dán povrchovým napětím na povrchu taveniny a na ob217 138 vodě.styku taveniny s povrchem tyče las povrchem čela trubky 6, hydrostatickými a hydro dynamickými silami v tavenina,' respektive i elektrodynamickými silami mezi proudy indukovanými ve sloupci taveniny 8 a proudy v ohřívací indukční cívce 4 při indukčním tavení. Ohřívací indukční cívka 4, resp.2 slouží současně k vytvoření gradienty teploty v trubce £, které při vzdalování trubky 6 od konce tyče 1 vedou k zatuhávání taveniny na čele trubky Pohybem sloupce taveniny 8 po čele trubky 6 souběžně s vnitřním nebo vnějším obvodem trubky 6 nastavitelnou rychlostí a směrem se tavenina nechá pomocí vytvořeného teplotního gradiěatu v trubce 6, a nastavitelné rychlosti vzdalování trubky 6 od ohřívací indukční cívky 4 ve vrstvě zatuhávat ve tvaru nové trubky 2· Objem taveniny ve sloupci 8 může být kontinuelně doplňován o úbytek, který zatuhává na čele trubky 6, pomocí posunu tyče 1 směrem k ohřívací indukční cívce 4» v® které se tyč 1 postupně roztavuje· Trubka 6 je uchycena v držáku £ spojeném s hřídelí 10. Hřídel 10 může vykonávat jednak nastavitelný rotační pohyb v obou směrech, jednak se může posouvat souběžně s tyčí 1 v obou směrech nastavitelnou rychlostí, případně ee může pohybovat i ve směrech kolmých k hřídeli 10. čímž je umožněno, aby sloupec taveniny 8 se pohyboval po čele trubky 6 libovolného průřezu a narůstající trubka 2 ®ěla předem zvolený tvar a třeba i proměnnou sílu stěny. K tavení a k ohřevu může být použito i jiných způsobů ohřevu, např. elektronového bombardování, tavení a ohřevu světlem, tavení plazmou a podobně, nebo může být použito kombinace těchto a jiných ohřevů.

Na obr. 2 je trubka 6 zhotovována již popsaným způsobem ze dvou tyčí 1’ a 1, ze kterých se vytváří dva sloupce taveniny 8*a 8 mezi konci tyčí 1^ a 1 a čelem trubky 6'. Tyto tyče nemusí mít stejné chemioké složení. Pohybem obou sloupců taveniny 8*a 8 po čele trubky 6'. která se vzdaluje od zdrojů tavení 4* a 42 zatuhávají vrstvy a 22 a vzniklá trubky může být složena ze dvou různých materiálů. Analogicky může být ke zhotovení trubky použito tří nebo více tyčí.

Čelo trubky 6*, které se použije pro zhotovení trubky 6' pomocí tohoto vynálezu, může být monokrystalioké nebo může mít orientovanou krystalografickou strukturu. Pomocí regulace rychlosti narůstání trubky 6* a gradientů teploty v trubce 6' obvyklých při tažení válco vých monokrystalů nebo orientované krystalografické struktury je možno opakovat strukturu původního čela trubky 6 a zhotovit monokrystal ve tvaru trubky 6* a jiné krystalograficky orientované trubky, např.teetury.'

Vynález je zvláště vhodný pro zhotovení trubek a profilů z polovodičových materiálů nebo trubek ze zvláště čistých kovů. Tím, že objem taveniny může být vůči objemu zhotovené trubky mnohonásobně menší, je spotřeba energie potřebné k udržení zvoleného objemu taveniny ve sloupci taveniny rovněž relativně nízká. Je možné zhotovit pláštované trubky nebo trubky vrstevnatě složené ze dvou nebo více různých materiálů. Způsob je možno použít jak v gravitačním poli, tak v beztížném stavu.

Claims (4)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   1. Způsob zhotovení trubky z tyče, vyznačený tím, že mezi alespoň jednou tyčí ( 1, l\

   1 ) posunující se k tepelnému zdroji ( 4, 4', 4 ) , umístěnému proti jednomu konci tyče ( 1, 1*, 1 ) a trubkou ( 6, 6*) vzdalující se od tepelného zdroje ( 4, 4*, 4 ) , vytváří se se postupným tavením konce alespoň jedné tyče ( 1, lí 1 ) sloupec nebo více sloupců taveniny smáčející jak koneo alespoň jedné tyče ( 1, l', 1 ) , tak část čela trubky ( 6, 6*(. přičemž řízeným pohybem sloupce taveniny nebo více sloupců taveniny po čele trubky (6, 6') se nechá tavenina řízeným způsobem pomocí vytvořeného teplotního gradientu v trubce na če le trubky ve vrstvě zatuhávat.
2. 2. Způsob zhotovení trubky z tyče dle bodu 1., vyznačený tím, že materiál jednotlivých tyčí ( lf 1 ) nemusí mít stejně chemické složení.
3. 3. Způsob zhotovení trubky z tyče dle bodů 1. a 2. , vyznačený tím, že čelo trubky ( 6') , které je postupně smáčeno taveninou je monokrystalioké nebo má orientovanou krystalografickou strukturu.

   217
4. 4. Způsob zhotovení trubky z tyče dle bodů 1 až 3 , vyznačený tím, že kromě tepelného zdroje ( 4*, 4 ) ee použije k tavení tyče ( l', 1” ) další tepelný zdroj (7*) pro Vytvo ření teplotních gradientů v trubce ( 6') ,