DE1769659B1 - Vorrichtung zur zuechtung von einkristallen - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Züch- Durch das Entlüftungsrohr wird eine ständige Ver-

tung von Einkristallen, gegebenenfalls unter Ver- bindung mit der Atmosphäre außerhalb des Tiegels wendung von Keimkristallen, durch Abkühlen einer geschaffen und der Überdruck innerhalb des dichten schmelzfiüssigen Lösung im Temperaturbereich der Tiegels, der sonst durch den hohen Dampfdruck der Übersättigung, und zur Abtrennung der hergestellten 5 Hilfsschmelze entsteht, vermieden. Dadurch wird das Kristalle von der Restschmelze, mit einem allseits bisher häufig beobachtete Verbeulen, Undichtwerden verschlossenen Tiegel, der mit einer Entlüftungs- oder Platzen des Tiegels verhindert. Die S-förmige vorrichtung versehen ist und der die schmelzflüssige Ausbildung des Entlüftungsrohres hat zur Folge, daß Lösung enthält. dieses Rohr während des Verfahrens ständig Dampf

Bei der Züchtung von Einkristallen werden an die io aus der Hilfsschmelze enthält. Dieser Dampfpuffer Reinheit der Ausgangsstoffe, der Hilfsschmelze und wirkt druckausgleichend und verhindert ein eruptives des Tiegelmaterials hohe Anforderungen gestellt, um Entweichen von Hilfsschmelze bzw. Dampf aus der Einkristalle mit optimalen magnetischen, elektrischen, Hilfsschmelze. Die zuvor erwähnte bekannte ventiloptischen und akustischen Eigenschaften zu erhalten. artige Entlüftungsvorrichtung ist für die erfindungs-

Es ist bekannt, zur Züchtung von Yttrium-Granat- 15 gemäße Vorrichtung ungeeignet, da durch sie die Einkristallen als Hilfsschmelze ein Gemisch von Blei- Drehbarkeit des Tiegels ausgeschlossen wäre. Außeroxyd und Bleifluorid zu verwenden. Diese Hilfs- dem wird durch dieses Ventil kein ständiger Druckschmelze hat jedoch den schwerwiegenden Nachteil ausgleich während des Verfahrens erzielt, eines hohen Dampfdrucks bei der Lösungstemperatur Um den Tiegel auf einfache Weise, z. B. durch

von etwa 1250° C. In diesem Medium neigen die 20 Schweißen, Öffnen und Schließen und zugleich auch Granatkristalle dazu, sich unterhalb 950° C wieder wiederverwenden zu können, besteht nach einer weiaufzulösen. Man hat daher versucht, nach einem teren Ausbildung der Erfindung der Tiegel aus einem kurzen Abkühlungszeitraum die Kristalle durch Ab- Hohlzylinder mit Verschlußteilen, wobei der Rand gießen der überschüssigen Flüssigkeit bei 1040° C mindestens eines Verschlußteils parallel zum Rand außerhalb des Ofens abzutrennen (Electronics, 25 des Hohlzylinders verläuft und die beiden Ränder Bd. 37, Nr. 5 [1964], S. 44, 45). Dies verursacht je- dicht miteinander verbunden sind, doch einen thermischen Schock. Um dies zu ver- Mittels der Vorrichtung nach der Erfindung kön-

hindern, ist es bekannt, die Hilfsschmelze bei 950° C nen die entstandenen Kristalle durch Drehen des innerhalb des Ofens dadurch abzuziehen, daß man Tiegels innerhalb des Ofens von der noch flüssigen eine Abflußöffnung im Boden des Tiegels schafft 30 Restschmelze getrennt werden. Auf diese Weise (H. S. P e i s e r [Herausgeber], »Crystal Growth«, können die Kristalle nach Beendigung der Kristal-Ergänzungsband zu J. Phys. Chem. Solids [1967], !isation ohne thermischen Schock und ohne Verlust S. 441 bis 444). der Restschmelze von der Restschmelze abgetrennt

Bei den bekannten Verfahren geht die sehr teure werden.

Hilfsschmelze entweder völlig verloren, oder ihre 35 Mittels der Vorrichtung nach der Erfindung ist es Zusammensetzung ändert sich durch Verdampfung darüber hinaus auch möglich, bei hoher Temperatur derart, daß sie nicht wieder zu verwenden ist. Ferner im Temperaturintervall der Übersättigung oder mögwerden die vorzugsweise aus Platin bestehenden liehst kurz nach spontaner Keimbildung einen Keim-Tiegel während des Verfahrens und/oder beim kristall einzubringen. Dazu wird ein innerhalb des öffnen beschädigt. Dies verursacht Materialverluste 40 Tiegels oberhalb der Schmelze angeordneter Keim- und hohe Umformkosten. kristall im Temperaturintervall der Übersättigung

Um das Entweichen von Luft und überschüssigem oder kurz nach erfolgter spontaner Keimbildung Dampf während des Aufheizens zu ermöglichen, ist durch Drehen des Tiegels in die Schmelze eines ferner bekannt, den Tiegeldeckel mit einem Ventil gebracht.

zu versehen, das aus einem kleinen Loch im Tiegel- 45 In diesem Falle muß der Tiegel also insgesamt deckel und einem diesem Loch angepaßten, mit einer zweimal gedreht werden. Das Einbringen eines Keim-Spitze versehenen Platinstab besteht. Eine Verlange- kristalle im obengenannten Temperaturintervall bzw. rung des Platinstabes führt aus dem Ofen heraus, so zum obengenannten Zeitpunkt wird durch die Drehdaß der Schließdruck des Ventils durch Anbringen barkeit des Tiegels ermöglicht. Dies hat den Vorteil, von Gewichten so verstärkt werden kann, daß der 50 daß eine Auflösung des Keimkristalls in der HilfsDampfdruck der Schmelze bei der Kristallisations- schmelze vermieden wird, die eintritt, wenn der temperatur nicht ausreicht, um das Ventil zu öffnen Keimkristall sich von Anfang an in der Hilfsschmelze (britische Patentschrift 952385). befindet, wie es bei den in der britischen Patent-

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Ver- schrift 952385 und in der deutschen Auslegeschrift luste an Hilfsschmelze und Beschädigungen der 55 1037 353 beschriebenen Verfahren der Fall ist. Tiegel zu verhindern. Die Anwendbarkeit der Erfindung ist nicht auf die

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mittels einer Züchtung von Yttrium-Granat-Einkristallen beVorrichtung gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, schränkt; mittels der Vorrichtung nach der Erfindung daß an der Außenseite in der oberen Hälfte des können vielmehr Einkristalle verschiedenster Art, Tiegels ein Entlüftungsrohr angebracht ist, das S-för- 60 insbesondere nicht kongruent schmelzende Einmig ausgebildet und nach unten abgebogen ist und kristalle, aus einer Hilfsschmelze gezüchtet werden, das hinreichende Länge besitzt, so daß im gedrehten Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der

Zustand keine Schmelze ausfließen kann, daß sich Zeichnung dargestellt und wird im folgenden an gegebenenfalls ein Keimkristall im Tiegel oberhalb Hand von zwei Versuchen näher beschrieben. Es der Schmelze befindet und daß der Tiegel in einem 65 zeigt

Heizofen mittels einer Halterung um eine zur Ober- F i g. 1 den Hohlzylinder 1 mit Verschlußteil 2 im

fläche der Schmelze parallele Achse drehbar an- Schnitt,
geordnet ist. F i g. 2 ein Schema des Ofens, in dem das dichte

Claims (1)

1. 3 4

   Gefäß bzw. der Tiegel 3 in einer Halterung 4 an- _v , _Ί

   geordnet ist. versucnz

   Versuch 1 ^^{r den} Versuch 2 wurden Schmelze und Tiegel

   von Versuch 1 benutzt. Dazu wurde der abgeschnit-

   Ein Platinhohlzylinder 1 wurde mit einem stramm- 5 tene Boden wieder angeschweißt und der Tiegel ersitzenden, hochrandigen Verschlußteil 2 (F i g. 1) auf hitzt, um den Deckel mit dem Entlüftungsrohr nach einer Seite derart verschlossen, daß die Enden der Abschneiden der Schweißnaht abnehmen zu können, beiden Platinformteile mit einem elektrischen Dabei trat etwas Schmelze aus dem Entlüftungsrohr Schweißgerät dicht verschweißt werden konnten. aus. Die Ausbeute von 70 g Y₃Fe₃O₁₀ aus Versuch 1 Durch mehrmaliges Vorschmelzen wurde die aus der 10 wurde ersetzt und 10 g PbF., zugegeben, um die Vernachfolgenden Tabelle ersichtliche Einwaage von dampfungsverluste auszugleichen.
   1400 g eingebracht. Um die starke Unterkühlung der Schmelze und da-_T , ,, mit das dendritische Wachstum zu verhindern, wurde ^{a e e} bei diesem Ansatz ein Keimkristall verwendet. Ein

   PbO 39,21 Gewichtsprozent 15 Kristall des Versuchs 1 wurde dazu durchbohrt und

   PbF₂ 32,08 Gewichtsprozent mit einem Platindraht an den Deckel angeschweißt.

   B₂Oj 1,82 Gewichtsprozent Der Tiegel wurde dann mit diesem Deckel zu-

   CaO 0,27 Gewichtsprozent geschweißt und in den Ofen gebracht, wie es bei Ver-

   Fe₂O₃ 2,59 Gewichtsprozent such 1 beschrieben worden ist. Dann wurde der Ofen

   Hilfsschmelze 75,97 Gewichtsprozent ^{ao so weit} aufgeheizt daß die Temperatur am Tiegelboden 1280" C betrug, anschließend wurde auf

   Fe₀O₃ 13,00 Gewichtsprozent 1250° C abgekühlt und weiter mit etwa 0,5° C/h auf

   Y₂O₃ 11,03 Gewichtsprozent 1220° C und mit etwa 0,2° C/h auf 1180° C. Bei

   Granat 24,03 Gewichtsprozent ^dieser Temperatur wurde der Tiegel gedreht, so daß

   35 jetzt der Deckel mit dem Keimkristall unten war. Mit

   Es entstand ein Gewichtsverlust von 24 g, der 0,4° C/h wurde weiter abgekühlt bis 950° C und

   durch Zugabe von 16 g PbF₂ und 8 g PbO kompen- dann der Tiegel wieder gedreht, so daß der Deckel

   siert wurde. Mit einem zweiten, gleichartigen Ver- wieder oben war und frei von Schmelze laufen

   schlußteil 2, in das ein S-förmiges Entlüftungsrohr 5 konnte. Nach vollständigem Abkühlen und öffnen

   (F i g. 2) eingeschweißt worden war, wurde der Tie- 30 des Ofens zeigte sich, daß wiederum vier Kristalle

   gel 3 verschlossen und verschweißt und in einen gewachsen waren, die zusammen 52 g wogen.
   Trägertiegel 6 aus gesintertem Aluminiumoxyd ein-

   gebracht. Die Zwischenräume wurden mit Alu- Patentansprüche:
   miniumsilikat-Watte 7 ausgefüllt. Diese Isolation 1. Vorrichtung zur Züchtung von Einkristallen, dient dazu, etwaige kleine, kurzzeitige Temperatur- 35 gegebenenfalls unter Verwendung von Keimschwankungen auszugleichen. F i g. 2 zeigt die An- kristallen, durch Abkühlen einer schmelzflüssigen Ordnung im Ofen. Lösung im Temperaturbereich der Übersättigung,

   Die Stellung des Tiegels 3 am Beginn des Tem- und zur Abtrennung der hergestellten Kristalle peraturprogramms geht aus F i g. 2 hervor. Der Ofen von der Restschmelze, mit einem allseits verwurde zum Aufschmelzen mittels der Heizvorrich- 40 schlossenen Tiegel, der mit einer Entlüftungstung 9 auf 1300° C (Temperatur am Boden des vorrichtung versehen ist und der die schmelz-Platintiegels) gebracht und entsprechend einem Tem- flüssige Lösung enthält, dadurch gekennperaturprogramm abgekühlt. Bei 1010° C wurde der zeichnet, daß an der Außenseite in der oberen Tiegel im Ofen durch Drehung der aus dem Ofen Hälfte des Tiegels (3) ein Entlüftungsrohr (5) anherausragenden Aufhängungsachse, einem Bestand- 45 gebracht ist, das S-förmig ausgebildet und nach teil der Halterung 4, gedreht. Die am Boden ge- unten abgebogen ist und das hinreichende Länge wachsenen Kristalle wurden auf diese Weise von der besitzt, so daß im gedrehten Zustand keine Schmelze 8 getrennt. Nach Abschneiden der Schweiß- Schmelze ausfließen kann, daß sich gegebenennaht konnte der Boden, der sich jetzt oben befand, falls ein Keimkristall im Tiegel oberhalb der herausgenommen werden. Neben einigen Magnet- 50 Schmelze befindet und daß der Tiegel (3) in oplumbitkristallen (PbFe₁₂O₁₉) waren vier Granat- einem Heizofen mittels einer Halterung (4) um kristalle gewachsen. eine zur Oberfläche der Schmelze parallele Achse

   Der größte Kristall wog 49 g, die Gesamtausbeute drehbar angeordnet ist.

   betrug 70 g, was 20°/o des eingesetzten Y₂O₃ ent- 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gespricht. 55 kennzeichnet, daß der Tiegel (3) aus einem Hohl-

   Das Gewicht des Tiegels hatte während des Kri- zylinder (1) mit Verschlußteilen (2) besteht, wostallisationsvorganges um 10 g abgenommen. Da bei der Rand mindestens eines Verschlußteiles etwas Schmelze aus dem Entlüftungsrohr 3 aus- (2) parallel zum Rand des Hohlzylinders (1) vergetreten war, liegt demnach der Verdampfungsverlust läuft und die beiden Ränder dicht miteinander unter 1⁰O der eingesetzten Bleiverbindungen. 60 verbunden sind.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen