CS240011B1 - Zařízení pro krystalových tažení profilových těles z taveniny - Google Patents

Abstract

Zařízení pro tažení profilových krystalových těles z taveniny, umožňující snadnou výměnu tvarovacícb členů při jejich případném poškození, kde cíle je dosaženo tím, že sestává z pece, obsahující topný odporový systém a kelímek (1) s taveninou (2) a nosnou rozváděči dávkovači deskou . (3) nebo dávkovacím blokem a tvarovací členy (4) jsou samostatně svými spodními, případně zabroušenými, eventuelně i zmenšenými částmi umístěny na zabroušeném povrchu nosné rozváděči dávkovači desky nad jejími dávkovačími kanálky nebo nad dávkovači štěrbinou dávkovacího bloku a jsou s nimi spojeny vyměnitelně pomocí teplotně difuzního přilnutí, přičemž výška jednotlivých tvarovacích členů odpovídá poloze izotermy bodu tání nad nosnou deskou nebo dávkovacím blokem.

Description

Vynález se týká zařízení pro tažení krystalických profilových těles z taveniny s předen určeným příčným průřezem ponocí tažení na zárodku přes tvarovací člen.

Princip tažení profilových krystalických těles přes tvarovací člen je sán o sobě znán již řadu let a podle úpravy provedení je v literatuře označován jako netoda Stěpanovova (Ž. Tech. Piz., 29. 382 /1959/) nebo jako netoda EPG či SPT podle laBelle Jr. (Kat. Res.Bull., 6,

581 /1971/). Téněř zpravidla se jedná o soustavu: kelímek a taveninou, do kelímku vložený kapilární dávkov_ací systém nahoře ukončený jako tvarovací člen. Tavenina smáčí materiál dávkovacího nebo lépe tvarovacího Členu, odkud je poton zárodečný^ krystalem odtahován a v příhodném teplotním poli těsně nad tvarovacím členem krystaluje do tvafu tvarovací m členem přesně definovaného, přesněji řečeno podle geometrie jeho svrchní části.

Největšího rozšíření nalezla tato metoda v případě tažení profilového safíru a profilového křemíku, bylo věak již popsáno její užití i pro řadu dalších krystalů (J. Cryst. Growth, gO, sept. 1980).

Ekonomické důvody vedou konstruktéry zařízení k soustavnému zdokonalování a zlevňování procesu tažení a je známa řada konstrukčních úprav, zejména ve směru hromadného - vícenásobného tažení profilů. Aplikace všech těchto způsobů, zvláště v hromadné výrobě vyžaduje především vytvoření reprodukovatelného a dostatečně velkého teplotního gradientu na horním povrchu tvarovacího členu tak, aby výška vrstvy taveniny mezi tvarovacím členem a rostou- <L240 011 cín krystale» byla co nejménší, nebol jen tak průřez taženého tělesa dostatečně přesně odpovídá rozměrům tvarovacího členu· Dále je nutná dostatečná stabilita tohoto teplotního pole. Společným těchto 1 jiných typů zařízení je kompaktnost dávkovacího systému a vlastního tvarovacího členu. V čs, autorském osvědčení č. 223 311 je pro účely zdokonalení postupu na homogenizaci teplotních podmínek použita nosná rozváděči deska, určená k rozvádění tepla i k rozvádění taveniny k jednotlivým tvarovacím členům, které jsou do desky pevně a neoddělitelně vmontovány. Ve všech případech se jedná o zařízení fungující až do stavu, kdy je počet neopravitelně poškozených tvarovacéch členů již příliš vysoký a další práce s tímto prvkem je jíž neekonomická a je nutno zhotovit novou kompletní sestavu. K poškození tvarovacího členu může dojít totiž velmi snadno, nebol v nejčastěji používaném systému molybden jako tvarovací -člen a safír jako zárodek je při teplotách začátku tažení okolo 2070 °C mmlybden již velmi lehce deformovatelný i nepatrným dotykem zárodku. Kromě toho se na povrchu molybdenového tvarovacího členu vylučuje při krystalizaci ze safírové taveniny molybden, který se v ní přestím rozpustil ze stěn kelímku. Povrch tvarovacího členu se tím mění, zanáší, znehodnocuje a je nutno ho opravit, po ud je to vůbec možná a pokud nedojde k jeho neprůchodnosti.

Tyto nedostatky zvláště při tažení safírových profilových krystalů odstraňuje zařízení pro tažení profilových krystalových těles z taveniny podle vynálezu, sestávající z pece, obsahující topný odporový systém a kelímek s nosnou rozváděči dávkovači deskou nebo dávkovačim blokem, jehož podstata spočívá v tom, že tvarovací členy jssu samostatně svými spodními, případně zabroušenými nebo i zmenšenými částmi umístěny na zabroušeném povrchu nosné rozváděči dávkovači desky nad jejími dávkovačimi kanálky nebp nad dávkovaoí štěrbinou dávkovacího bloku a jsou s nimi spojeny teplotně difuzním přilnutím.

-3 240 011

Zahřátím systému nosná rozváděči deska a na ni umístěně tvarovycí členy, obojí z molybdenu, na teplotu nad 1800 °C dojde k difusnímu spoji mezi oběma prvky, který je dostatečně pevný, aby se při tašení krystalového profilového tělesa neuvolnil, ale zase natolik slabý, že ve studeném stavu lze tvarovací člen lehkým úderem od nosné rozváděči desky odstranit a nahradit novým· Další výhodou je to, že při zatuhnutí taženého krystalu do tvarovacího členu se tento sám odtrhne, uvolněný člen je volně spolu s krystalem odtažen a při příští tavbě se opět po uvolnění od krystalu usadí na své místo. Dokonce, při současném odtržení většího počtu tvarovacích členů, jako důsledek například nežádoucí regulace tavby a tažení, je možné sestoupit s krystalovými profily s odtrženými a přirostlými tvarovacímí členy zpět až do kontaktu s nosnou rozváděči deskou a tvarovací členy znovu usadit a difusně upev nit na původní místa, tentokráte i za přítomnosti taveniny a po úpravě teploty pokračovat v tažení. Přes veškerý příznivý vliv fozváděcí nosné desky na homogenitu v rozložení teploty přeee jen, zejména při větší rozloze osazení tvarovací ch členů, k plošné nehomogenitě dochází. Pomocí předběžného proměření teplot zvolí se pak výška jednotlivých tvarovací ch členů tak, aby jejich svrchní plocha ležela v hladině takto zjištěné růstové izotermy a všechny tvarovací členy mají pak stejné podmínky pro růst krystalových profilů, čímž se zvyšuje výtěžnost procesu. To je významný přínos pro industrializaci procesu tažení přes tvarovací člen.

Snadná výměna tvarovacích členů prodlužuje životnost celé sestavy a umožňuje i záměnu sortimentu na tomtéž systému.

Má to i značný ekonomický efekt, neboť cena molybdenu je znaěně vysoká a výměna celého systému je nákladná.

Difusní spoj molybden/molybden může při velkoplošném styku dosáhnout značné pevnosti, takže odstranění tvarovacího členu z povrchu nosné rozváděči desky se může znesnadnit. Je proto výhodné plochu difusního spoje, zejména u tvarovací ch členů větších rozměrů zmenšit, například vhodným osazením, nebo zářezy, provedenými buňto na spodní ploše tvarovacího členu nebo na svrchní ploše nosné rozváděči desky.

-hNa připojených výkresech je znázorněno jednak nožné celkové uspořádání, jednak některé z uspořádání spojeni tvarovacích členů s nosnou rozvá4ěcí dávkovači deskou nebo dávkovačin bloken.

Na obr.1 je v částečné svislém řezu znázorněno uspořádání s nosnou rozváděči dávkovači deskou. Je zakreslen válcovitý kelímek £, tavenina 2, nosná rozváděči dávkovači deska 3 a tvarovací členy 4.

Na obr.2 je v částečné svislém řezu znázorněno uspořádání s dávkovačim blokem. Je zakreslen kelímek £, tentokráte pravoúhlého průřezu, tavenina 2, dávkovači blok £ a tvarovací členy £ .

Na obr. 3 až 8 jsou znázorněna růmné supořádání tvarovacích členů.

Na obr. 3 je ve svislém a na obrJ4 v pohledu shora znázorněno uspořádání tvarovacího členu na dávkovaoím bloku. Je znázorněn dávkovači blok £, tvarovací člen £ a teplotně difuzní spoj 6 .

Na obr. 5 je ve svislém řezu a na obr. 6 v pohledu shora znázorněno uspořádání tvarovacího členu s osazením na nosné rozváděči dávkovači desce. Je zakreslena nosná rozváděči dávkovači deska £, tvarovací člen £ s osazením 7 na jeho sppdní části a difuzně teplotní spoj 6.

Na obrk je ve svislŽm^Za na obr. 8 v pohledu shora znázorněno uspořádání tvarovacího členu na nosné rozváděči dávkovači desce s osazením na jejím svrchním povrchu. Je zakreslena nosná rozváděči dávkovači deska £, osazení £ na jejím povrchu, tvarovací člen £ a teplotně difuzní spoj 6. z

Na obr.B je svislém řezu podle linie Λ-A a na obr.

v pohledu shora znázorněno zvláštní Uspořádání tvarovacího členu, vhodného pro tažení krystalických trubic, tvořeného vnitřní částí 8, vnější částí £ a přívodními kjfeiálky £0. ,

Konečně na obr.p1 znázorněno uspořádání tvarovacích Členů na dávkovaoím bloku s výškou tvarovacích členů podle průběhu izotermy. Je znázorněn dávkovači blok|£, tvarovací členy £, průběh izotermy 11 a dále jsou znázorněny tažená krystalická profilová tělesa £2, tažená na společném zárodku 13.

- rBylo vyrobeno zařízení podle vynálezu, tvořené válcovým kelímkem £ na jehož horním okraji byla umístěna nosná rozváděči dávkovači deska 2 , Ha svrchním zabroušeném povrchu této desky byly nad rozváděcími kanálky do kruhu ve dvou řadách umístěny tvarovací členy £ v celkovém počtu 16 kusů, které byly s deskou spojeny teplotně difuzním spojem. Na tomto zařízení bylo současně taženo 16 kusů krystalových safírových profilů tvaru tyčinek. Po několika tážících cyklech došlo k poškození některých tvarovacích čleaů, Oprava byla snadno provedena tak, že poškozené tvarovací členy byly lehkým úderem za studená odstraněny, na jejich místa usázeny nové a teplotně difuzně s deskou spojeny, aniž by bylo nutné vyrábět celý nový systém.

Příklad 2

Bylo vyrobeno zařízení podle vynálezu, tvořené pravoúhlým kelímkem, v němž byl těsně upraven dávkovači blok 2« tvořený třemi molybdenovými deskami tloušťky 5 mm, vzájemně od sebe vzdálenými 0,8 mm a spojený čepy. Na svrchní povrch tohoto dávkovaoího bloku % , který byl zabroušen, bylo nad šťěrbinami usazeno 20 tvarovacích členů 4, po desíti kusech ve dvou áadách teplotně difuzně spojených s dávkovacím blokem Tvarovací členy byly určeny pro tažení safírových trubice o vnějším průměru 2 mm. K nasazení růstu bylo použito páskových zárodků, vždy jeden pro jednu řadu tvarovacích členů. Při poškození některých tvarovacích členů po několika vyklech tažení byla provedena snadná oprava jako v příkladu 1, aniž by bylo nutné vyrábět nově celý systém.

Také při změně sortimentu, tj. jiných rozměrů nebo jiných profilů tažených krystalových těles, lze snadno provést výměnu tvarovacích členů a není nutné mít k disposici celou sérii různých celých systémů pro jednotlivé sortimentní druhy. To ve svém důsledku znamená podfetatné snížení jak materiálových tak výrobních nákladů.

Claims (1)

1. Zařízení pro tažení profilových krystalových těles z taveniny, sestávající z pece, obsahující topný odporový systém a kelímek s nosnou rozváděči dávkovači deskou nebo dávkovacím blokem, vyznačené tí·, že tvarovací členy (4) jsou samostatně svými spodními, případně zabroušenými nebo i zmenšenými částmi umístěny na zabroušeném povrchu nosné rozváděči dávkovači desky (3) nad jejími dávkovači mi kanálky nebo nad dávkovači štěrbinou dávkovacího bloku (5) a jsou s nimi spojeny teplotně difuzním spojením.