DE3301831A1 - Iridium-rhenium-tiegel, verfahren zu dessen herstellung und verfahren zum zuechten eines kristalls in dem tiegel - Google Patents
Iridium-rhenium-tiegel, verfahren zu dessen herstellung und verfahren zum zuechten eines kristalls in dem tiegelInfo
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Description
81-10 -7-
Die Erfindung betrifft einen Tiegel bzw. Schmelztiegel mit überlegener Kriechbeständigkeit, der aus einer
Iridium-Rhenium-Legierung besteht, sowie ein Verfahren zum Züchten eines Kristalls, wie eines Gadolinium-Gallium-Granatkristalls,
in einem derartigen Tiegel, sowie ein Verfahren zur Herstellung des Tiegels.
a) Fehlerfreier Gadolinium-Gallium-Granat
Magnetblasen sind winzige zylindrische magnetische Bereiche auf Computer-Chips. Sie sind gewöhnlich in
*® verschieben Mikrometer-dicken Folien aus Granat-Material
enthalten. Derartige Blasen können elektronisch bewegt werden, so dass sie zur Berechnung und
Speicherung bzw. als Speichergedächtnis verwendet
werden können.
25
25
In einer typischen Speichervorrichtung auf dem Magnetblasengebiet liegen mindestens zwei Materialschichten
vor: eine Gadoliniu-Gallium-Granat-Substratschicht und oben auf der Substratschicht eine Blasen-
bildungsschicht. Vgl. "Bubble Storage Density Increases Fourfold", Industrial Research/Development,
Mai 1979, Seiten 45-46.
Die Speichervorrichtungen auf dem Blasengebiet müssen 35
fehlerfrei sein. Ein Fehler in einer Magnetblasen-
-7-
81-10 -δ-
folie hält eine Blase an oder lenkt sie ab. Fehler schliessen magnetische Teilchen in der Folie, Risse,
Kratzer, Löcher, Korngrenzen und Verschiebungen bzw. Dislokationen in der Kristallstruktur ein. Eine
fehlerfreie Folie muss ein nahezu perfekter, von Dislokationen freier Einkristall sein; dies bedeutet,
dass zur Stützung der Folie ein nahezu perfektes dislokationsfreies Substrat erforderlich ist.
Magnetische Einkristall-Granat-Folien können nur auf anderen Granat-Einkristallen abgeschieden werden
nach einem als Epitaxie bezeichneten Verfahren (das Wachstum eines Kristalls auf einem anderen). Der
Substrat-Granatkristall muss transparent sein, so dass Blasen in der Folie zu Testzwecken gesehen
werden können. Die Gitterstruktur des Substrats muss in der Grosse so nahe wie möglich der der Folie
sein, so dass das Substrat und die Folie sich unter Bildung einer koherenten Grenzfläche verbinden können.
Eines der wenigen Substrate, das diesen Erfordernissen entspricht, ist Gadolinium-Gallium-Granat
(Levinstein et al., Bell Laboratories Record, Juli/August 1973, Seiten 2Ο9-214).
Vereinunreinigungen in dem Gadolinium-Gallium-Granatkristall neigen zum Stoppen oder Ablenken der Magnetblasen
der Vorrichtung auf dem Blasengebiet und zur Begrenzung der Brauchbarkeit des Granats in der Vorrichtung.
Dementsprechend ist es wichtig, einen
Tiegel während des Wachstums des Gadolinium-Gallium-Granatkristalls
zu verwenden, der damit verträglich ist und nicht zu Verunreinigungen in der Kristallschmelze
führt.
-8-
81-10 -9-
b) Verwendung von Iridiumtiegeln zur Züchtung von Gadolinium-Gallium-Granat
Galliumoxid und Gadoliniumoxid können in einen Iridiumtiegel beschickt werden, um eine Schmelze
zu bilden, aus der ein Gadolinium-Gallium-Granatkristall gezogen werden kann. Das Galliumoxid ist
eine reaktive Komponente und neigt zur Reaktion mit dem Iridiumtiegel. Wird so z.B. der Gadolinium-Gallium-Granatkristall
gezüchtet bei einer Temperatur von 1725°C unter Verwendung eines Umgebungsgases von 90 Vol-% Stickstoff/10 Vol.-% Sauerstoff,
so wurden Iridiumverluste von 0,5 bis 1,0g pro h aufgezeichnet. (B. Cockayne, Czochralski Growth of
Oxide Single Crystals, Platinum Metals Review, Band 18, JuIi 1974, Seiten 86-91).
c) Kriechen des Tiegels
Die US-PS 3 210 167 beschreibt,dass das Kriechen
des Tiegels eine physikalische Handlung darstellt, die in einem Tiegel bei hohen Temperaturen und
während der längeren Einwirkung geringer Kräfte auftritt; unter diesen Bedingungen tritt eine fortschreitende
Deformation des Tiegels auf, worauf gegebenenfalls Risse auftreten. Einer dieser Gründe
für das Auftreten des Kriechens liegt in der korrosiven Wirkung von Sauerstoff, der in und um den
3® Tiegel herum vorhanden ist, wenn er zur Erwärmung
geschmolzener Materialien auf hohe Temperaturen verwendet wird.
Wird ein Iridiumtiegel in oxidierender Atmosphäre verwendet, so wird das Kriechen durch die bevorzugte
-9-
81-10 -ΙΟOxidation von Iridium an den Korngrenzen bewirkt.
Etwas von dem gebildeten Iridiumoxid kann in die Kristallschmelze verlorengehen, und der Tiegel wird
durch den Verlust des Materials, das er enthält,, geschwächt. Darüber hinaus ergeben selbst die Teilchen
an Iridiumoxid, die an dem Tiegel verbleiben, eine geringere Stärke des Tiegels als dies die
Iridiumteilchen tun.
Ein Tiegel, der aus einem Metall besteht, das eine schlechtere Oxidationsbeständigkeit als Iridium
aufweist, sollte an wesentlich höheren Metallverlusten unter oxidierenden Bedingungen bei hohen
Temperaturen leiden und sollte somit anfälliger gegen das Kriechen sein als ein Iridiumtiegel.
d) Die Oxidationsbeständigkeit von Rhenium
Die Oxidationsbeständigkeit der feuerfesten Edel-. metalle, wie Rhenium, Ruthenium, Iridium, Rhodium,
Platin und Palladium, liegt bei der besten die bekannt ist (die durch Rhodium charakterisierte) bis
zur schlechtesten bekannten (die von Rhenium). Der Mechanismus der Oxidation der Edelmetalle bezieht
die Bildung eines flüchtigen Oxids und eines Metallverlustes durch Verdampfen des Oxids und Verdampfen
des Metalls bei Temperaturen über der Zersetzungstemperatur des Oxids ein. Bei Temperaturen unter
der Zersetzungstemperatur des Oxids wird ein stabiler Oxidfilm gebildet. Die Zersetzungstemperatur (die
Temperatur, bei.der der Dissoziationsdruck des festen Oxids 1 Atmosphäre, etwa 0,98 bar, entspricht)
von Iridiumoxid beträgt 11000C. Eines der Rhenium-ο
oxide, ReO3, schmilzt bei 160C und disproportioniert
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zu ReO2 und Re3O7. Re3O7 schmilzt bei 296°C.
Refractory Metals and Alloys, Met. Soc. Conf. (Interscience, New York, 1961), Band 1, Seiten
407-409.
5
5
Eine umfassende Untersuchung von Rheniumlegierungen wird von Savitskii et al., Rhenium Alloys, IPST Cat.
Nr. 551 (Israel Program for Scientific Translations, Ltd., Jerusalem, 1970), erhältlich von the United
States Department of Commerce, Clearinghouse for Scientific and Technical Information, Springfield,
Va., Veröffentlichung TT 69-55081, beschrieben. Savitskii et al. beschreiben, dass Rhenium charakterisiert
ist durch "rasche Zersetzung durch intensive Oxidation bei hohen Temperaturen", dass, wenn
"über 6000C erhitzt wird, Rhenium heftig mit Sauerstoff
unter Bildung von Rheniumheptoxid reagiert" (Seite 343) und dass "die Oxidation von Rhenium an
den Korngrenzen, beim Erhitzen an der Luft zu intergranularen Fehlern beim Verarbeiten in der
Hitze führt" (Seite 345).
Ein Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung eines Tiegels bzw. Schmelztiegels, der geeignet ist zur Herstellung
von Gadolinium-Gallium-Granatkristallen, der eine überlegene Verträglichkeit und überlegene Kriechbeständigkeitseigenschaften
aufweist. Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens
zur Herstellung dieser Kristalle, das zu einem im
wesentlichen fehlerfreien Kristall bei geringer oder keiner Deformation des Tiegels bzw. Schmelztiegels
führt.
Die Erfindung betrifft einen Tiegel bzw. Schmelztiegel,
QC -
der im wesentlichen aus einer Legierung von Iridium und
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Rhenium besteht, worin diese Legierung aus etwa 85 bis etwa 9 9 Gew.-% Iridium und aus etwa 1 bis etwa 15 Gew.-%
Rhenium besteht, sowie ein Verfahren zur Züchtung eines Kristalls in dem Tiegel.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen weiter erläutert. In den Zeichnungen beziehen
sich gleiche Bezugsziffern auf gleiche Elemente.
Fig. 1 ist eine teilweise schematische Ansicht, teilweise im Schnitt und teilweise im Aufriss, einer Vorrichtung
zur Züchtung von Kristallen aus einer Kristallschmelze nach dem Czochralski-Verfahren;
1^ Fig. 2 ist eine teilweise schematische Ansicht, teilweise
im Schnitt und teilweise im Aufriss einer anderen Vorrichtung zur Züchtung von Kristallen aus einer
Kristallschmelze nach dem Czochralski-Verfahren;
"'■* Fig. 3 ist eine isometrische Ansicht, teilweise aufgebrochen
und teilweise im Querschnitt, von einer Testeinheit, die verwendet wird, um die Verträglichkeit
verschiedener Legierungen mit einem Gadolinium-Gallium-Granatkristall zu bestimmen;
25
25
Fig. 4 ist eine schematische Darstellung einer Vorrichtung,
die zur Bestimmung der Kriechbeständigkeit einer Legierung verwendet wird;
Fig. 5 ist ein Querschnitt einer Legierungstestprobe, die in der Vorrichtung der Fig. 4 verwendet wird; und
Fig. 6 ist eine graphische Darstellung der Ergebnisse, die man bei der Untersuchung der Kriechbeständigkeit
von Iridium- und Iridium-Rhenium-Proben erzielt.
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• · 9 A
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Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der
Erfindung beschrieben:
L- Tiegel aus einer Iridium-Rhenium-Legierung
j Die zur Herstellung des erfindungsgemässen Tiegels verwendete
Iridium-Rhenium-Legierung besteht aus etwa 85 bis etwa 99 Gew.-% Iridium und aus etwa 1 bis etwa 15
Gew.-% Rhenium. Vorzugsweise besteht die Legierung aus
etwa 90 bis etwa 95 Gew.-% Iridium und etwa 5 bis etwa 10 Gew.-% Rhenium.
Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform besteht die zur
Herstellung des erfindungsgemässen Tiegels verwendete Iridium-Rhenium-Legierung im wesentlichen aus etwa
85 bis 99 Gew.-% Iridium und aus etwa 1 bis etwa 15 Gew.-% Rhenium; vorzugsweise besteht die Legierung
im wesentlichen aus etwa 90 bis etwa 95 Gew.-% Iridium und aus etwa 5 bis etwa 10 Gew.-% Rhenium.
Die zur Herstellung des erfindungsgemässen Tiegels verwendete
Legierung weist einen Schmelzpunkt von etwa
2450 bis etwa 2515°C auf.
Die Iridium-Rhenium-Legierung kann nach dem Fachmann
geläufigen bzw. üblichen Verfahren hergestellt werden.
Gemäss einem Verfahren werden etwa 85 bis etwa 99 Gew.·
Teile Iridiumpulver und etwa 1 bis etwa 15 Gew.-Teile Rheniumpulver vermischt, das Pulvergemisch wird bei
einem Druck von etwa 344,7 bar bis etwa 4137 bar
(etwa 5 000 bis etwa 60 000 lb/inch ) kompakt gemacht,
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und das Pulvergemisch wird im Vakuum oder an der Luft bei einer Temperatur von etwa 1.400 bis etwa 2 400 C
und bevorzugt bei einer Temperatur von etwa 1 600 bis etwa 1 800 C gesintert. Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform
wird das Gemisch bei einem Druck von etwa • 1379 bar bis etwa 2685 bar (etwa 20 000 bis etwa
30 000 psi) kompakt gemacht. Es können Misch-, Kompaktier- und Sintertechniken zur Herstellung der Iridium-Rhenium-Legierung
verwendet werden, die üblich bzw. auf dem Fachgebiet bekannt sind. So können beispielsweise
Pulvermisch-, Form-, Druck-unter-Wärme- und Sinter-Techniken verwendet werden, die beschrieben
werden in Goetzel's "Treatise on Powder Metallurgy", Band 1 (Interscience Publishers, Inc., New York, 1949),
worauf hier Bezug genommen wird.
Gemäss einer weiteren bevorzugten Ausführungsform zur
Herstellung der Iridium-Rhenium-Legierung werden etwa 85 bis etwa 99 Gew.-Teile Iridiumpulver mit etwa 1 bis
etwa 15 Teilen Rheniumpulver vermischt, und anschliessend wird das Pulvergemisch thermisch gesintert, unter Kompaktieren
bzw. Pressen bei einer Temperatur von etwa 1 * bis etwa 2 400 C und vorzugsweise von etwa 2 000 bis
etwa 2 3000C. Die dem Fachmann geläufigen bzw. üblichen
thermischen Sintertechniken, einschliesslich der in dem genannten "Treatise on Powder Metallurgy"-Buch beschriebenen,
können bei dieser Ausführungsform verwendet werden.
Die Iridium/Rhenium-Pulver können nach entweder üblichen Pulver-Metallurgietechniken oder durch Schmelzen gefestigt
bzw. konsolidiert werden. Kompaktpulver werden vorzugsweise im Vakuum bei 1 500°C vor dem Schmieden,
Walzen, Gesenkschmieden oder anderen Arbeitsgängen zur Verfestigung gesintert. Kompaktmaterialien wurden auch
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an der Luftatmosphäre gesintert.
; Gemäss einer der Schmelzausführungsformen, die zur
j Verfestigung der Iridium/Rhenium-Pulver verwendet werden können, werden die gemischten Pulver auf eine Temperatur
' . von etwa 800 bis etwa 1 500 C und vorzugsweise auf eine Temperatur von etwa 1 000bis etwa 1 .400°C erwärmt, um
die gemischten Pulver zu entgasen, bis ihr Gasgehalt weniger als etwa 5 Gew.-% beträgt. Anschliessend werden
die entgasten gemischten Pulver bei einer Temperatur von etwa 2. 650 bis etwa 2 915°C und vorzugsweise bei
einer Temperatur von etwa 2 730 bis etwa 2 815°C geschmolzen.
Das Schmelzen kann durch Elektronenstrahlerwärmung in einem Argon-Bogen-Ofen auf einem wassergekühlten
Kupferherd oder durch Induktionsheizung in einem Zirkonoxid-Tiegel, wiederum in Argon-Atmosphäre,
durchgeführt werden. In jedem Falle ist das Pulver das Ausgangsmaterial, das vorzugsweise zuerst briquettiert
und zu einem teilweise verfestigten Material vakuumgesintert wird.
Das gesinterte oder gegossene Iridium/Rhenium weist Arbeitscharakteristika auf, die ähnlich dem von
Wolfram sind, und erfordert somit eine beträchtliche Sorgfalt in frühen Verarbeitungsstufen. Ein anfängliches
Zusammenbrechen der gegossenen oder gesinterten Formen erfolgt durch -Schmieden, Walzen oder Gesenkschmieden
in einem Temperaturbereich von 1 100 bis
1 6000C und vorzugsweise von 1 200 bis 1 5000C.
Das anschliessende Ziehen zu einem Draht erfolgt durch "Warmverarbeiten" (wannworking) bei 500 bis 1100°C
und vorzugsweise bei 600 bis 75O°C, was unter der Kristallisationstemperatur liegt. Ein derartiger Draht
weist eine faserartige Struktur auf und hat vorzugsweise
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eine Härte von 600-700 DPH (Diamantenpyramidenhärte) und besitzt eine brauchbare Zugfestigkeit und Duktilität
bzw. Dehnbarkeit. Das Ziehen bei niedrigen Temperaturen führt zu einer raschen Zunahme der Härte und zur Aufteilung
des Drahtes. Das Ziehen eines Materials, das durch Glühen bzw. Anlassen völlig kristallisiert wurde,
führt zu einem häufigen Bruch.
Iridium/Rhenium kann bei 500 bis 1100 C und vorzugsweise
bei 600 bis 75O°C zu Streifen mit der faserartigen Struktur, die für den gezogenen Draht charakteristisch
ist, gewalzt werden. Ausserdem kann Iridium/Rhenium bei höheren Temperaturen von 1000 bis 1500°C und vorzugsweise
von 1200 bis 1500 C gewalzt werden, unter
Bildung eines Produkts mit einergleichachsigen Struktur
und einer Härte von etwa 400 DPH. Im allgemeinen ist ein bearbeitetes Material, das eine faserförmige
Struktur aufweist, bevorzugt, da es eine bessere Duktilität und Festigkeit aufweist.
"Warmverarbeitetes". Iridium/Rhenium zeigt keine scharfe Kristallisationstemperatur. Eine gewisse Erweichung
erfolgt bei einer Wärmebehandlung bei 700 C, jedoch ist es notwendig, auf 1000 C oder höher zu erwärmen,
bevor eine völlige Kristallisation auftritt.
• ^ Die Iridium/Rhenium-Legierung kann zu dem erfindungsgemässen
Tiegel auf dem Fachmann geläufige Weise bzw. in üblicher Weise verarbeitet werden. So kann beispielsweise
die Legierung geschmolzen werden durch Erwärmen auf eine Temperatur von etwa 2 450 bis etwa
2 85O°C, zu einem Streifen gewalzt, zu einer zylindri-
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1| sehen Tiegelform geformt und geschweisst werden. So
können beispielsweise Fabrikationstechniken, die dem Fachmann zur Verarbeitung von Wolframmetall geläufig
sind, zu r Verarbeitung der Iridium/Rhenium-Legierung zu dem Tiegel verwendet werden. Beispielsweise können
die Walztechniken zum Walzen der Iridium-Rhenium-Legierung verwendet werden, die auf den Seiten 315-376
von Sachs und Van Horn "Practical Metallurgy" (The American Society for Metals, Cleveland, Ohio, 1940)
beschrieben werden.
Der hier verwendete Ausdruck "Tiegel" bezeichnet den Behälter, in dem die Ausgangs-Oxidpulver und später
die Schmelze enthalten sind. Er umfasst nicht notwendigerweise andere Strukturen zur Stützung und/oder
Bedeckung des Behälters.
Gemäss einer Ausführungsform wird ein Blech aus 95 %
Iridium/Rhenium zuerst hergestellt und anschliessend zu einem Tiegel durch ein Verfahren verarbeitet, das
darin besteht, 1.' das Blech zu einem Zylinder geeigneter
Grosse zu formen (der Durchmesser des Blechs wird zum Durchmesser des Tiegels), 2. den gebildeten Zylinder
an seinem Saum mittels einer geeigneten Technik z.B.
durch das Wolfram-Inertgas-Schweissverfahren unter Verwendung eines Füllstabes mit der gleichen Zusammensetzung,
wie das Blech, zu verbinden, 3. einen Bodenausschnitt für den Tiegel aus einem zweiten Blech mit
der gleichen Zusammensetzung wie das erste Blech zu
stanzen, 4. den Bodenabschnitt auf den zusammengefügten Zylinder mittels einer geeigneten Technik zu schweissen,
wie z.B.. dem Wolfram-Inertgas-Schweissverfahren unter Verwendung eines Füllstabes mit der gleichen Zusammensetzung
wie das Blech, und 5. den Tiegel zur Verringerung von Verunreinigungen zu reinigen. Es sollte sorgfältig
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darauf geachtet werden, bei sämtlichen Herstellungsstufen mögliche Verunreinigungen zu verringern. So kann
beispielsweise der Tiegel nach der Stufe 4 mit Königswasser (oder einem anderen geeigneten Reinigungsmittel)
etwa 15 min geätzt werden.
Der erfindungsgemässe Iridium/Rhenium-Tiegel kann zur
Züchtung bzw. zum Wachstum von Kristallen nach jeglichen dem Fachmann geläufigen bzw. jeglichen üblichen Kristall-Züchtungstechniken
verwendet werden. So kann er beispielsweise verwendet werden zur Züchtung von Kristallen
aus einer reinen Schmelze mittels der bekannten Bridgman-Stockbarger-,Czochralski-, Kyryopoulos- und
Vermeuil-Techniken. Beispielsweise kann er zur Züchtung von Kristallen aus Lösungen verwendet werden.
Bei der Kyropoulos-Technik wird geschmolzenes Material
in dem Tiegel bei einer■Temperatur unmittelbar über
seinem Schmelzpunkt gehalten, Wärme wird durch eine wassergekühlte Animpfung abgezogen, und die Kristallisation
erfolgt an der Animpfung, die nach unten in die Schmelze wächst. Die Temperatursteuerung des Ofens
bestimmt stark den Durchmesser des wachsenden Kristalls.
Bei der Czochralski-Technik und anderen Ziehtechniken wird die Schmelze bei einer Temperatur unmittelbar
• über dem Schmelzpunkt gehalten, und das Wachstum erfolgt durch Abführen der Wärme durch die Impfung. Bei
der Czochralski-Technik wird der Kristall in einer derartigen Geschwindigkeit abgezogen, daß die Grenzfläche
in relativ konstanter Lage verbleibt. Die Ziehtechniken, die beispielsweise für das Wachstum Silicium- und
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Germaniumkristallen verwendet werden,sind grundlegend
gleich der Czochralski-Technik. Bei diesen Ziehtechniken wird zur Vermeidung von Spannungen und dementsprechend
hohen Dislokationsdichten die Anordnung sorgfältig .
konstruiert, um eine flache Grenzfläche zu ergeben und Wärmeverluste durch Strahlung durch die Seiten
des Kristalls werden durch zusätzliches Erwärmen in diesem Gebiet ausgeglichen; diese Techniken können beispielsweise
verwendet werden zur Züchtung von Germaniumkristallen bis zu einem Gewicht von mindestens 5 kg.
Die Ziehtechnik kann auch zur Herstellung von dotierten
CaWO4-Kristallen unter Verwendung des erfindungsgemäßen
Tiegels in einer Inertgasatmosphäre verwendet werden; vgl. z.B. Preziosi, S., Soden, R.R. und Van Uitert, L.G.,
J. Appl. Phys., 1962, 33, 1893, auf die hier Bezug genommen
wird.
Bei der Bridgman-Stockbarger-Technik wird eine Schmelze
durch einen scharfen Temperaturgradienten gesenkt. Der
bei dieser Technik verwendete Tiegel ist mit einem spitzen Ende ausgebildet, um die Kernbildung zu begrenzen.
Der Temperaturgradient wird allgemein ausgebildet, unter Verwendung getrennter Ofenwindungen mit
einer Prallplatte bzw. einem Boden zwischen diesen, die genau an den Tiegel paßt. Das Verfahren wird vorzugsweise
im Vakuum durchgeführt. Einige der Kristalle, die nach dieser Technik gezüchtet werden können, umfassen
z.B. CaF2, Ferrite vom Spineltyp, CaWO. und
andere Erdalkalihalogenide. Vgl. z.B. Jones, D.A.
und Jones, R.V., Proc. Phys. Soc., 1962, 79, 351, auf
das hier Bezug genommen wird.
Die Stober-Strong-Kristall-Wachstumstechnik ist eine Änderung der Schmelztechnik, bei der ein gekühlter
Kupferblock angehoben wird, so daß er um den Kegel
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eines ähnlich dem Bridgman-Tiegel geformten Tiegels
paßt. Der erfindungsgemäße Tiegel kann bei dieser Technik verwendet werden.
Der erfindungsgemäße Tiegel kann auch in Zonenschmelztechniken
verwendet werden. Bei einer dieser Techniken enthält ein langer, waagrechter Tiegel ("Boot") die
Kristallschmelze; ein Impfkristall wird an einem Ende eingesetzt, die geschmolzene Zone wird derart erzeugt,
daß das Ende der Impfung, die sich in das Boot erstreckt, geschmolzen wird und die Zone wird dann von
der Impfung weggezogen. Bei einer Ausführungsform wird
die Zone längs eines vertikalen Stabes gezogen. Gemäß einer anderen Ausführungsform werden die beiden Enden
der festen Stäbe in entgegengesetzter Richtung während des Wachstums rotiert; vgl. z.B. Pfann, W.G., Zone
Melting (Wiley & Sons, New York, 1958) , auf dessen Lehre hier Bezug genommen wird. Ei% Kombination dieser
Treib- (bzw. Schwimm-) Zonentechnik und der Czochralski-Technik findet sich in dem Sockelschmelzen bzw.
"Pedestal"-Melting, bei dem das Ende eines relativ dicken Stabes geschmolzen wird (z.B. durch Radiofrequenzheizung)
und ein dünnerer Kristall von dem
geschmolzenen Pool gezogen wird.
25
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Der erfindungsgemäße Tiegel kann auch bei der Flammenfusion- bzw. Flammenschmelz- oder Vermeuil-Technik verwendet
werden, bei der ein Rinnsal aus feinem Pulver in eine Oxy-Wasserstoffflamme beschickt wird, ein
Schmelzen des Pulvers erfolgt und das geschmolzene Material auf den wachsenden Kristall fällt. Bei dieser
Technik wird die Kristallisation entweder durch Schmelzen der Spitze eines Kegels von oder hichtgeschmolzenem
Pulver eingeleitet oder vorzugsweise unter Verwendung eines kleinen Stückes eines Impfstabs. Kristalle, die
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81-10 -21-
nach dieser Technik gezüchtet werden können, umfassen Spinele, Ferrite, Mulit, Y2°3' Cr2°3 und ^1*
Der erfindungsgemäße Iridium-Rhenium-Tiegel kann auch
für die geschmolzenen und Hochtemperatur-Materialien des Stands der Technik, wie für Gläser, Salze und Oxide,
zur Herstellung von Einkristallen verwendet werden. So kann man beispielsweise, ohne eine Einschränkung
darzustellen, den erfindungsgemäßen Iridium-Tiegel verwenden zur Herstellung von Saphir; a£-Al3O3; Al3SiO5;
Aluminosilicaten; Alkalihalogeniden, wie z.B. CaF3;
BaFe13O19; Bi3Te3; BeO, BN; C; CS; Calciumwolframat
(CaWO4); BaClF; Bi13GeO30; Fe3O4; Metall-Fe3O4; Erbium-Europium-Eisen-Gallium-Granat
(Er3EuFe4 3Ga 70I2^'
!5 GaAs; GdGa5O13; Ge; Gadolinium-Erbium-Eisen-Gallium-Granat
(GdEr3Fe4 3Ga 70Io)' InSb; LiNbO3; LiTaO3;
MgO; Spinnel (MgAl3O4); MnFe3O4; NaBa3Nb5O13; NaNO3;
PbF-PbO-Gemische; PbTe; organischen Kristallen; Si; SiC; Si3N4; o£-SiO2; SrTiO3; SrQ 5BaQ ^b3Og,- TiO3; ThO3;
VO2;%C; Y3F5O13; Yttrium-Samarium-Eisen-Gallium-Granat
(Y„ ,oSmn" oSm_ O0Fe-, QGa1 O)'1O); Yttrium-orthoaluminat
(YAlO3); ZnS; ZrSiO4; ZrO3; ZnWO4; Almandin
(Fe3Al3Si3O12); Andradit (Ca3Fe3Si3O13); Goldmanit
(Ca3V3Si3O12); Grossular (Ca3Al3Si3O13); Henritermierit
(Ca3 /~Mn,Ai_72 Si2°8 ^~0H JV? Hydr°grossular
(Ca3Al3Si3O8 Z~OH_74); Kimzeyit (Ca3^-Zr,Ti_72Z~Al,Si-Z3O12) ;
Knorringit (Mg3Cr3Si3O12); Majorit (Mg3i/~Fe,Al,Si-Z3Si3O1 3) ;
Pyrop (Mg3Al2Si3O12); Spessartin (Mn3Al2Si3O12);
Uvarovit (Ca3Cr2Si3O12); Na3Al3Li3F12; und dgl.
30
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der in dem
erfindungsgemässen -Iridium-Rhenium-Tiegel gezüchtete Kristall ein Granat der Formel
X3Z5O12
-21-
81-10 -22-
worin X ausgewählt ist aus der Gruppe von Lanthan, Cer,
Praseodym, Neodym, Promethium, Samarium, Europium, Gadolinium, Terbium, Dysprosium, Holmium, Erbium,
Thulium, Ytterbium, Lutetium und Yttrium; und Z ist· ausgewählt aus der Gruppe von Eisen, Aluminium; Gallium
und Scandium. Vorzugsweise ist X ausgewählt aus der Gruppe von Yttrium und Gadolinium, und Z ist ausgewählt
aus der Gruppe von Gallium und Aluminium. Gemäss einer Ausführungsform ist der erzeugte Kristall
Gd3Ga O12 mit einem Brechungsindex von 1,97, einer
Dispersion von etwa 0,045, einer Dichte von etwa 7,02, einer Härte von etwa 7 und einem Schmelzpunkt von etwa
175O°C; dieser Kristall weist einen Durchmesser von etwa 10 cm, eine Länge von etwa 30 cm auf und wiegt
1^ etwa 80 000 Karat. Gemäss einer Ausführungsform ist
der erzeugte Kristall Y3Al5O12; er weist einen optischen
Brechungsindex von 1,83, keine Doppelbrechung und eine Dispersion von 0,028 auf.
Vorzugsweise werden getrennt zwei Einkristalle mit dem erfindungsgemässen Iridium-Rhenium-Tiegel und Anwendung
der Czochralski-Ziehtechnik hergestellt. Die bei der Technik verwendeten Bedingungen sind dem Fachmann
geläufig bzw. sind üblich. Einige dieser typischen Bedingungen für einige spezielle Kristalle sind in der
Tabelle I aufgeführt; es versteht sich jedoch, dass die für jeglichen Kristall verwendeten Bedingungen
mit der Kristallgrösse und der Geometrie des Ofens
• variieren.
30
30
-22-
P Λ -.ft
81-10
-23-
T a be lie I
Bedingungen | für die | Züchtung einiger | 1950 | Stickstoff | Kristalle | 60 |
Kristall Schmelzpunkt Atmosphäre 0C |
1650 | Stickstoff | Zieh- Rotations Geschwin-Geschwin- digkeit digkeit mm/h U/min |
30 | ||
Y3Al5O12 | 1650 | Luft | 2 | 100 | ||
LiTaO3 | 1500 | Stickstoff | 10 | 10 | ||
CaWO4 | 1450 | Sauerstoff | 10 | 30 | ||
MnFe2O. | 1406 | Sauerstoff | ■5 | 10 | ||
NaBa3Nb5O15 | 1250 | Sauerstoff | 5 | 30 | ||
Sr ,.Ba ,.Nb-O, 0 5 0 5 2 6 |
1200 | Luft | 5 | 100 | ||
LiNbO3 | 1008 | Stickstoff/ Wasserstoff |
5 | 85 | ||
ZnWO4 | 930 | Sauerstoff | 10 | 50': | ||
BaCIF (BaClF) |
271 | Vakuum | 8 | 70 | ||
Bi12GeO20 | 1750 | 98%02/2%N2 | 10 | 5-200 | ||
NaNO2 | + ) | |||||
Gd3Ga5O | 1-20 |
+) Kyropöulos-Methode, Tiegel gekühlt mit 4 C/h
-23-
81-10 -24-
Herstellung eines Gadolinium-Gallium-Granatkristalls
Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
wird ein einziger Gadolinium-Gallium-Granat (Gd3Ga5O12)
in einem Tiegel hergestellt, der im wesentlichen aus ■ einer Legierung besteht, die aus etwa 85 bis 99 Gew.-%
Iridium und aus etwa 1 bis etwa 15 Gew.-% Rhenium besteht. Es kann jegliche Reinschmelz-Wachstumstechnik
zur Züchtung dieses Granateinkristalls aus einer Kristallschmelze in dem Tiegel verwendet werden. Gemäss einer
Ausführungsform wird die bekannte Czochralski-Technik
angewendet.
Die Czochralski-Kristall-Wachstumstechnik ist bekannt
und wird beschrieben in J. Czochralski, Z. Phys. Chem.,
1918, 92, 219; K. Nassau und A. M. Broyer, J. Appl. Phys.,
1962, 33, 3064; B. Cockayne, Platinum Metals Rev., 1968, 12, 16; B. Cockayne, M. Chesswas und D. B. Gasson,
J. Mater. Sei., 1967, 2,7. Auf jede dieser Veröffent-2ν
lichungen wird hier Bezug genommen.
Gemäss einem bevorzugten Verfahren der Erfindung werden Pulver von Galliumoxid und Gadoliniumoxid vermischt und
anschliessend in einem Iridium/Rhenium-Tiegel geschmolzen; das Schmelzen erfolgt vorzugsweise unter Anwendung von
Radiofrequenzenergie, unter einer Atmosphäre von Stick-•
stoff und/oder einem N2/O2-Gemisch. Eine Animpfung von
einem anderen Kristall wird in den geschmolzenen Granat getaucht und beim langsamen Abziehen aus der Schmelze
erstarrt der Granat darauf, unter Bildung des neuen Kristalls.
Bei dieser Ausführungsform ist es bevorzugt, die zur Herstellung des Gadolinium-Gallium-Granats verwendeten
Metalloxid-Reaktionskomponenten ausreichend lange zu
-24-
81-10 - -25-
erwärmen, um Feuchtigkeit und flüchtige Carbonate abzutreiben. Gemäss einer Ausführungsform werden diese
Reaktionskomponenten bei einer Temperatur von etwa 100 bis etwa 800 C erwärmt, bis die Reaktionskomponenten.
weniger als etwa 10 Gew.-% Feuchtigkeit enthalten.
Bei dieser bevorzugten Ausführungsform werden Galliumoxid
und Gadoliniumoxid in im wesentlichen stöchiometrischen Anteilen vermischt, um ein Gemisch herzustellen,
das im wesentlichen aus Gd3 Ga1. O12 besteht, worin χ
von etwa 0,00 bis etwa 0,07 beträgt. Vorzugsweise liegt χ bei etwa 0,00 bis etwa 0,06. Besonders bevorzugt liegt
χ bei etwa 0,00 bis etwa 0,05. Im allgemeinen werden bei der Herstellung dieses Gemischs etwa 0,6 Moleküle
Gadoliniumoxid mit jedem Molekül Galliumoxid vermischt.
Bevor die vermischten Pulver in den Tiegel beschickt werden, können sie an der Luft bei einer Temperatur von
etwa 1200 bis etwa 1500°C während etwa 1 bis etwa 10 h
vorreagiert werden.
Die Galliumoxid- und Gadoliniumoxidpulver können in den
Tiegel in dem Fachmann geläufiger bzw. in üblicher Weise beschickt werden. So können die gemischten Pulver
vor dem Schmelzen in dem Tiegel beispielsweise isostatisch kompaktiert bzw. verfestigt werden. So kann man
beispielsweise die Heissbeschickungstechnik verwenden, wobei die Pulver direkt in den heissen Tiegel rieseln.
^Q Wenn der Tiegel aus etwa 85 bis etwa 99 Gew.-% Iridium
und etwa 1 bis etwa 15 Gew.-% Rhenium besteht, so kann er in jeder Vorrichtung des Stands der Technik zur
Züchtung eines Einkristalls nach dem Czochralski-Verfahren verwendet werden. Eine Bauweise ist in den Fig. 1 und 2
veranschaulicht, die zwei Vorrichtungen zur Verwendung
-25-
81-10 -26-
bei der Kristallzüchtung zeigt. Die Fig. 1 zeigt schema
tisch im senkrechten Schnitt eine Vorrichtung 10 zur Verwendung bei der Kristallzüchtung. Die Fig. 2 ist
ähnlich der Fig. 1, veranschaulicht jedoch eine andere
Vorrichtung 11 zur Anwendung bei der Kristallzüchtung. Die Vorrichtungen 10 und 11 umfassen ein Gehäuse 12,
das mit einer Welle 14 versehen ist, die sich längs der senkrechten Achse 16 des Gehäuses 10 erstreckt,und
eine Stütze 18 oder 19 zur Stützung des Kristall-Schmelztiegels 20 oder 20' trägt. Die Welle 14 kann
mittels eines Antriebs 22 senkrecht angehoben und gesenkt werden, so dass der obere Spiegel 24 einer Kristallschmelze
26 in dem Tiegel 20 in konstanter Entfernung von einer Bodenfläche 30 des Gehäuses 12 gehalten wird.
Der Träger 18 umfasst eine Bodenplatte 32 und eine sich teilweise über den Umfang erstreckende thermische
Isolierungswandung 34. Eine zylindrische senkrechte Wandung 3 6 des Tiegels 20 und die Isolierwandung 3 4
befinden sich im Abstand voneinander und definieren zwischen sich einen ringförmigen Bereich 38, der mit
pulverisiertem Aluminiumoxid 40 gefüllt ist. Wärme, wird durch eine Radiofrequenz-Induktionsspule 42 erzeugt, die
die Wandungen umgibt und mit einem Hochfrequenzgenerator 44 verbunden ist. Ein Impfkristall 46 wird von einem
senkrechten Zugstab 48 getragen und in die Schmelze gesenkt. Der Kristall 46 wird dann langsam durch Anheben
und 'gleichzeitiges Rotieren des Stabes 48 unter Steuerung eines mit Getriebe versehenen Motors 50, der selbst
durch ein Potentiometer 52 gesteuert wird, abgezogen. Wenn der Kristall 46 aus der Schmelze 26 angehoben wird,
zieht er Mengen der Schmelze mit sich, die einen wachsenden zylindrischen Kristall 54 bilden. Ein Wärmeschirm
wird verwendet, um den Wärmeverlust aus dem System zu
verhindern.
35
35
-26-
3 3 OJ 3.3.
81-10 -27-
Die in der Fig. 2 dargestellte Vorrichtung 11 ist weitgehend
ähnlich der der Fig. 1. Tatsächlich besteht der einzige wirkliche Unterschied darin, dass die Bodenplatte
32' mit einem ringförmigen Flansch 33 statt mit den Wandungen 34 ausgebildet ist.
Für den Fachmann ist ersichtlich, dass die in den Fig. und 2 dargestellten Bauweisen lediglich zwei Beispiele
aus vielen Möglichkeiten darstellen, die für das erfindungsgemässe
Verfahren mit einem Iridium/Rhenium-Tiegel verwendet werden können.
Bei dieser bevorzugten Ausführungsform zur Züchtung
eines Gadolinium-Gallium-Granatkristalls wird eine im wesentlichen inerte Atmosphäre zur Umhüllung der Kristallschmelze
und der Kristallzüchtungs-Vorrichtung verwendet. So kann man beispielsweise inerte oder leicht oxidierende
Atmosphären, wie Stickstoff, Argon, Helium, CO/CO--Gemische,
N2/O2-Gemische aus 95-99,5 Vol.-% Stickstoff
und 0,5 bis 5 Vol.-% Sauerstoff und dgl. verwenden. Die bevorzugteste inerte Wachstumsatmosphäre besteht aus
98 Vol.-% Stickstoff und 2 Vol.-% Sauerstoff, obwohl
auch geringere und grössere Mengen an Stickstoff und Sauerstoff verwendet werden können, je nach den Bedingungen
des Ofens, wie z.B. den thermischen Gradienten.
Die Rotationsgeschwindigkeiten variieren mit der Kristallgrösse.
Im allgemeinen kann eine Rotationsgeschwindigkeit von etwa 5 bis etwa 200 Umdrehungen pro Minute verwendet
"^ werden. Vorzugsweise verwendet man eine Rotationsgeschwindigkeit
von etwa 10 bis etwa 100 UpM, und es ist sogar bevorzugter, eine Rotationsgeschwindigkeit
von etwa 15 bis etwa 75 UpM zu verwenden.
Die Ziehgeschwindigkeit variiert ebenfalls mit der Größe
-27-
81-10 -28-
des Kristalls, der gezüchtet wird. Im allgemeinen wird eine Ziehgeschwindigkeit von etwa 1 bis etwa 20 mm pro h
angewendet. Vorzugsweise verwendet man eine Ziehgeschwindigkeit von etwa 2 bis etwa 15 mm/s bzw. etwa 2 bis
π etwa 15 mm/h und besonders bevorzugt eine Ziehgeschwindig-•
keit von etwa 3 bis etwa 10 mm/h. Bs können Kristalle mit Durchmessern von 50und"75 mm mit einer Ziehgeschwindigkeit
so hoch wie 7,5 mm pro h fehlerfrei gezogen werden, und Kristalle mit einem Durchmesser von 25 mm mit Ziehge-
■yQ schwindigkeiten so rasch wie 15 mm pro h.
Der Tiegel wird vorzugsweise durch Induktion erwärmt, um die Temperatur der Kristallschmelze bei etwa 200 bis
etwa 253O°C zu halten. Vorzugsweise wird die Schmelztemperatur bei etwa 500 bis etwa 249O°C gehalten, und
die bevorzugteste Schmelztemperatur liegt bei etwa 1000 bis etwa 240O0C. Generatoren von 10 kHz, 50 kHz und
Standardradiofreguenz (250-400 kHz) können verwendet
werden.
.Bei der Züchtung der Gadolinium-Gallium-Granatkristalle
können einige der automatischen Durchmesser-Steuerungsvorrichtungen verwendet werden. Einige der bevorzugteren
Steuerungssysteme umfassen die Gewichtskontrolle des Kristalls. Diese Systeme sind dem Fachmann geläufig und
werden beispielsweise beschrieben in Keig, G.A.: GGG substrate growth and fabrication, AIP Conference
Proceedings No. 10, Magnetism and Materials, New York, American Institute of Physics (1972), Seite 237; Kyle,
T.R., Zydzik, G.; Automated crystal puller, Mat. Res.
Bull 8, 443 (1973); und Valentino, A.J., Brandle, CD.;
Diameter Control of Czochralski-grown Crystals, J. Crystal Growth 26, 1 (1974); wobei auf die Lehre
dieser Veröffentlichungen hier Bezug genommen wird.
-28-
81-10 -29-
Bei diesem Gewichts-Steuerungs- bzw. Kontroll system
wird das Gewicht entweder des wachsenden Kristalls oder des Tiegels überwacht.
Nachdem das gewünschte Ausmass an Kristallwachstum er-"
zielt' ist, kann der Kristall rasch aus der. Schmelze abgetrennt
werden durch rasche Steigerung der Ziehgeschwindigkeit, worauf der Wachstumsofen langsam auf Raumtemperatur
während mehrerer Stunden abgekühlt werden kann. Die Kühlung des Tiegels und der restlichen Beschickung
erfordert weniger Zeit als das Wachstum des Kristalls und erfolgt im allgemeinen während etwa 5 bis etwa 50 h.
Der Kristallstab oder die Kristallkugel (Boule) des Granats, die aus der Schmelze abgezogen wurden, werden
zuerst auf einen speziellen Durchmesser geschliffen und anschliessend mit einer mit Diamanten besetzten Säge
zu Scheiben geschnitten. Die Scheiben werden anschliessend überlappt und sorgfältig poliert, um eine optimale Oberfläche
für die.Flüssigphasenepitaxie zu erzielen. Der hier verwendete Ausdruck' "Flüssigphasenepitaxie" be- ,
trifft die Abscheidung eines Films auf einem Substrat aus einer komplexen Lösung, die die Komponenten des
Films enthält. Die Scheiben werden in eine andere Schmelze getaucht, die in einem speziellen Tiegel enthalten
ist, wie einem Platintiegel, der die notwendigen Bestandteile enthält, um einen fehlerfreien magnetischen
Granatfilm (wie Yttrium-Samarium-Eisen-Gallium-Granat)
an der Oberfläche epitaxial zu züchten. 30
-29-
81-10 -30-
Vorrichtung zur Untersuchung der Verträglichkeit des Iridium/Rhenium-Tiegels mit dem Gadolinium-Gallium-Granat
Der erfindungsgemässe Iridium-Rhenium-Tiegel ist wesentlieh
besser verträglich mit der Gadolinium-Gallium-
' Granatschmelze, als vergleichbare Iridium- oder Iridium-Wolfram-Tiegel.
Die Fig. 3 stellt einen Querschnitt durch eine Testeinheit dar, die verwendet wird, um die Verträglichkeit
verschiedener Legierungen mit dem Gadolinium-Gallium-Granatkristall
zu bestimmen. Die Verträglichkeitsuntersuchung wurde in einer Abar-Micro-Bar-Widerstands-Heizeinheit
60, hergestellt von der Abar Corporation, Feasterville, Penna., durchgeführt. Die Testvorrichtung
60 umfasst ein Glasglockengefäss 61, das auf einer
Dichtungskerbe in der Basis 62 sitzt, und eine Testkammer 63 einschliesst. Die Testvorrichtung 60 enthält
einen Einlass zum Einführen einer gesteuerten inerten Atmosphäre in die Testkammer 63. Die Testvorrichtung 60
umfasst auch eine Öffnung 66 für ein Thermoelement bzw. Thermopaar,
durch die eine Thermopaar- bzw. Thermoelementvorrichtung 67 in die Testkammer 6 3 eingeführt ist,
zwei Energie-Endöffnungen 68 und zwei Elementklammern
Die zu untersuchenden Legierungsproben werden durch die Klammern 70 in Kontakt mit dem Gadolinium-Gallium-Granatkristall
festgeklammert, die Legierungs-Kristallprobe wird mit einem Inertgas bedeckt (wie z.B. 9 8 ^N-/
2%O2), die Legierungs-Kristallprobe wird auf den Schmelz-
punkt des Gadolinium-Gallium-Granats (954°C bzw. 175O°F)
während 60 min erwärmt. Anschliessend werden die Gadolinium-Gallium-Granatkristallproben auf 25°C während
10 bis 15 min gekühlt und anschliessend auf Anzeichen
von Verunreinigungen untersucht.
35
35
-30-
OJU 100 I
81-10 -31-
Testvorrichtung für die Kriechbeständigkeit der Iridium/Rhenium-Tiegel
Der erfindungsgemässe Iridium/Rhenium-Tiegel weist eine
wesentlich bessere Kriechbeständigkeit auf als ein vergleichbarer Iridium-Tiegel.
Die Kriechbeständigkeit der für den erfindungsgemässen
Tiegel verwendeten Iridium/Rhenium-Legierung wurde in einem waagrechten elektrischen Ofen gemessen, der zur
Erzielung einer Temperatur von etwa 18000C geeignet war.
Die Heizelemente des Ofens wurden auf ein oval geformtes Aluminiumoxidrohr mit Innenabmessungen von 1,27x0,635 cm
(1/2 χ 1/4 inch) gewickelt. Die Gesamtlänge des Ofens betrug 30,5 cm (12 inch). Die Temperatursteuerung des
Ofens wurde mittels einer West 800 An-Aus-Steuervorrichtung, hergestellt von der West Corporation, Chicago,
Illinois, erzielt. Die Temperatur wurde mittels eines Thermoelements am verringerten Schnitt der Probe über-
*;0 wacht. Statische Belastungen wurden an die . Probe gehängt/
um bei· der Temperatur ein Kriechen zu bewirken. Das Kriechen wurde mittels eines Linear-Spannungs-Differential-Umwandlers
(hergestellt von der Applied Test Systems Co., Saxonburg, Pa.) gemessen. Die Testproben
wurden an einer Tensil-Kut-Maschine, hergestellt
von der Siebert Industries, Danbury, Connecticut, geschnitten, diese Vorrichtung schnitt Testproben von
5,08 cm (2,00 inch) Eichlänge, etwa 0,3175 cm (0,125 inch)
. Breiig in einer 0,635 cm (0,250 inch) breiten χ 0,0508 cm
(0,020 inch) dicken Probe. Die Tests wurden an der Luft bei 1600 und 17000C bei einer statischen Belastung von
2
T kg/mm durchgeführt.
T kg/mm durchgeführt.
Die Fig. 4 stellt eine schematische Darstellung einer Kriechtestvorrichtung 74 dar. Die Vorrichtung 74 umfasst
-31-
81-10 -32-
einen waagrechten elektrischen Ofen 76, dessen Innentcmperatur
durch ein Thermoelement 78 überwacht wird. Ein Gewicht 80 ist mittels eines Drahtes (oder Seils)
über 3inen l.'nearen Spannungs-Differential-Umwandler ■
an eine Probe 8/4 gebunden, die stationär an einem Ende davon mittels eines Trägers in dem Ofen gehalten wird.
Wird die Testprobe 84 einer Wärme und Belastung unterzogen, so wird das Kriechen durch Messung der Verschiebung
des Eisenkerns innerhalb der LVDT-Spule 82 gemessen.
Die Fig. 5 stellt einen Querschnitt der Kriechtestprobe dar. Die Testprobe weist eine Gesamtlänge 86 von 40,64 cm
(16,0 inch) auf. Der mittlere Eichabschnitt 88 ist 5,08 cm (2,0 inch) lang und 0,3175 cm (0,125 inch) breit.
Die verbleibenden zwei Abschnitte 90 und 92 der Probe sind jeweils etwa 17,78 cm (7,0 inch) lang und etwa
0,635 cm (0,250 inch) breit.
'■'■0 Fig. 6 stellt eine Graphik der Ergebnisse dar, die bei
der Kriechbe'ständigkeitsuntersuchung von Iridium und Iridium-Rhenium-Proben erhalten werden.
Eigenschaften des Tiegels
Der Schmelzpunkt des erfindungsgemässen Tiegels liegt
bei etwa 2450 bis etwa 2515°C; je mehr Rhenium in der Legierung des Tiegels ist, desto höher liegt der
ow Schmelzpunkt. Wird zu Vergleichszwecken Wolfram mit
Iridium legiert, so verringert sich der Schmelzpunkt der Legierung mit zunehmender Wolfram-Konzentration.
Ein Vergleich der Schmelzpunkt von Iridium-Metalllegierungen, worin das Metall entweder Wolfram oder
Rhenium ist, und die Legierung aus entweder 5, 10, 15
-32-
81-10
-33-
oder 20 % de;s Metalls besteht, wird in der Tabelle II
dargestellt.
Tabelle II
Prozent Metall in der Iridium-Metall-Legierung
Schmelzpunkt der | 2447°C | Schmelzpunkt der |
Legierung, wenn | 2414°C | Legierung, wenn |
das Metall Wolfram | 2380°C | das Metall |
ist | 2345°C | Rhenium ist |
23O9°C | 2447°C | |
2469°C | ||
2492°C | ||
2515°C | ||
2538°C |
0 5
10 15 20
Gemäss einer der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung wird ein Yttrium-Aluminium-Granat hergestellt
nach dem Czochralski-Verfahren durch Reaktion von Yttriumoxid (Y-O3) und Aluminiumoxid. Bei einem typischen
Verfahren wird ein Kristall von etwa 5 cm Durchmesser und etwa 20 cm Länge mit einem Gewicht von etwa
9000 Karat hergestellt, unter Verwendung einer Zuggeschwindigkeit von etwa 5 mm pro Stunde bei einer Kristalldrehung
von 20 UpM bei einer Schmelztemperatur von etwa 1980 bis 254O°C.
Der erfindungsgemässe Tiegel kann jegliche Form und Grosse aufweisen. So kann der Tiegel zur Veranschaulichung,
ohne eine Beschränkung darzustellen, jegliche der in der Tabelle III angegebenen Grossen aufweisen.
In dieser Tabelle III sind Beispiele für Tiegel-Typen 1-4 gezeigt. D stellt den Durchmesser des Tiegels, H die.
Höhe, W die Dicke der sich senkrecht erstreckenden Tiegel-Seitenwandungen und B die Dicke der sich waagrecht
erstreckenden Tiegel-Basiswandung dar; sämtliche Dimensionen sind in mm angegeben.
-33-
81-10 -34-
Typ | D | Abmessung H |
, mm W |
B |
1 | 40 | 40 | 1,6 | 1,6. |
2 | 60 | 60 | 1,6 | 1,6 |
3 | 60 | 85 | 1,6 | 1,6 |
4 | 100 | 100 | 2,0 | 2,0 |
Für den Fachmann ergibt sich aus der vorliegenden Lehre, dass auch andere Formen und Grossen verwendet werden
können.
Die folgenden Beispiele dienen zur Erläuterung der Er- !5 findung ohne sie zu beschränken. Falls nicht anders angegeben,
beziehen sich alle Teile auf das Gewicht,und alle Temperaturen sind in °C angegeben.
Beispiel * -1
14,18 g (0,5 ounces) Rheniumpulver und 269,3 g (9,5 ounces) Iridiumpulver wurden in ein Glasgefäss von etwa
2^ 1,1 1 beschickt und 80 h mit einem Walzenmühlen-Rotationsmischer,
hergestellt von der US Stoneware Company, Akron, Ohio, vermischt. Anschliessend wurden
283,5 g (10 ounce) des so erhaltenen Pulvergemischs in einen offenendigen, rechteckigen Kautschuksack mit einer
° Dicke von etwa 1,27 cm (0,27 inch) gefüllt. Das Pulvergemisch
wurde anschliessend hydrostatisch mit einem Druck von 1 723,75 bar (25 000 lb/inch ) während 60 s
zu Briketts gepresst mittels einer Presse, die hergestellt wurde von der Autoclave Engineers, Erie,
Pennsylvania. Das Brikett wurde anschliessendbei einer
-34-
\J IU
81-10 -35-
O -4
Temperatur von 1 600 C in einem Vakuum von 1,33 χ 10
-4
mbar (1 χ 10 Torr) während 4 h gesintert. Der gesinterte Stab wurde anschliessend auf 1 600 C erwärmt und heiss zu einem Blech von 0,3175 cm (0,125 inch) Dicke, 7,62 cm (3,0 inch) Breite und 22,86 cm (9,0 inch) Länge gewalzt. Dieses Blech wurde anschliessend zu einem Zylinder geformt, der 7,62 cm (3,0 inch) hoch war und einen Durchmesser von 7,62 cm (3,0 inch) aufwies. Der so geformte Zylinder wurde an seinem Saum durch ein Wolfram-Inertgas-Schweissverfahren mit einem 95 %/5 % Iridium/Rhenium-Füllstab verbunden. Ein Boden für den zu bildenden Tiegel
mbar (1 χ 10 Torr) während 4 h gesintert. Der gesinterte Stab wurde anschliessend auf 1 600 C erwärmt und heiss zu einem Blech von 0,3175 cm (0,125 inch) Dicke, 7,62 cm (3,0 inch) Breite und 22,86 cm (9,0 inch) Länge gewalzt. Dieses Blech wurde anschliessend zu einem Zylinder geformt, der 7,62 cm (3,0 inch) hoch war und einen Durchmesser von 7,62 cm (3,0 inch) aufwies. Der so geformte Zylinder wurde an seinem Saum durch ein Wolfram-Inertgas-Schweissverfahren mit einem 95 %/5 % Iridium/Rhenium-Füllstab verbunden. Ein Boden für den zu bildenden Tiegel
wurde aus einem zweiten 95%/5% Irdidium/Rhenium-Blech
gestanzt, das 0,3175 cm (0,125 inch) dick, 7,62 cm (3,0 inch) breit und 22,86 cm (9,0 inch) lang war. Der
"Ι·- Abschnitt für den Tiegelboden war 0,3175 cm (0,125 inch)
dick mit einem Durchmesser von 6,985 cm (2,75 inch). Der Bodenabschnitt wurde an den 7,62 χ 7,62 cm (3,0 χ 3,0
inch) Zylinder unter Anwendung des genannten Wolfram-Tnertgas-Schweissverfahrens
mit dem 95%/5% Iridium/ Ähenium-Fül-lstab geschweisst.
Nach im wesentlichen der Verfahrensweise von Beispiel 1 wurde ein gesintertes Brikett aus 14,18 g (0,5 ounces)
Rheniumpulver und 269,3 g (9,5 ounces) Iridiumpulver hergestellt. Dieses gesinterte Brikett wurde anschliessend
.in einen wassergekühlten Kupferherd eingebracht, dessen Zentrum so gebaut war, dass das Metallpulver beim
Schmelzen die Form eines Quadrats von 5,08 χ 5,08 cm (2x2 inch) mit einer Dicke von 0,952 cm (3/16 inch)
annehmen würde. Anschliessend wurde die Ofenkammer auf einen Druck von 26,6 χ 10 mbar (20 χ 10 Torr)
-35-
81-10 -36-
evakuiert und mit Argon erneut auf einen Überdruck von " 1,03 bar (15 psig) gefüllt. Das Brikett wurde im Bogen
geschmolzen unter Verwendung eines Hobard-AC-DC-Motorgenerstors r-ii einem maximalen Ausstoss -von 40 Volt/400
Ampere Gleichstrom, das Schmelzen erfolgte in etwa 1 min. Der so erzeugte quadratische Knopf wurde anschliessend
abkühlen gelassen, der Ofen wurde geöffnet, und der Knopf wurde umgedreht, der Ofen wurde erneut auf einen
Druck von 26,6 χ 10~ mbar (20 χ 1Ö~ Torr) evakuiert,
und der Knopf wurde erneut, wie vorstehend beschrieben, geschmolzen, um eine völlige und homogene Schmelze
sicherzustellen.
Es im wesentlichen gearbeitet wie im Beispiel 1, unter
Herstellung eines heissgewalzten Blechs von 0,3175 cm (0,125 inch) Dicke aus 10 Gew.-% Rhenium und 90 Gew.-%
Iridium. 28,35 g (1,0-ounces) Rheniumpulver und 255,15 g
(9,0 ounces) Iridiumpulver wurden zur Beschickung des Glasgefässes von etwa 1,1 1 verwendet.
Die Verfahrensweise des Beispiels 1 wurde im wesentlichen
^O wiederholt, unter Herstellung eines heissgewalzten Blechs
von 0,3175 cm (0,125 inch) Dicke, aus 10 Gew.-% Wolfram und 90 Gew.-% .Iridium. 28,35 g Wolframpulver und 255,15 g
(9,0 ounces) Iridiumpulver wurden als Beschickung in das
Glasgefäss von etwa 1,1 1 verwendet. 35
-36-
81-10 -37-
Die Verfahrensweise des Beispiels 1 wurde im wesentlichen wiederholt, unter Verwendung eines heissgewalzten Blechs
von 0,3175 cm (0,125 inch) Dicke aus 100 % Iridium. 283,5 g (10 ounces) Iridiumpulver wurden in den offenendigen
rohrförmigen Sack gefüllt, und anschliessend wurde' das Iridiumpulver hydrostatisch bei einem Druck
von 1.723,75 bar (25 000 lb/inch2) während 60 s unter Bildung eines Briketts gepresst, und das Brikett wurde
bei einer Temperatur von 1 600°C in einem Vakuum von
-4 -4
1,33 χ 10 mbar (1 χ 10 Torr) 4 h gesintert, und das
gesinterte Brikett wurde anschliessend auf 1 600 C erwärmt und heiss zu einem Blech von 0,3175 cm (0,125 inch)
Dicke gewalzt.
Beispiele 6-7
Ein heissgewalztes Blech von 0,3175 cm (0,125 inch) Dicke aus 5 Gew.-% Rhenium und 95 Gew.-% Iridium wurde
im wesentlichen in gleicher Weise wie im Beispiel 1 hergestellt. Ein heissgewalztes Blech von 0,3175 cm
2^ (0,125 inch) Dicke aus 100 Gew.-% Iridium wurde im
wesentlichen nach der Verfahrensweise des Beispiels 5 hergestellt. Die Proben aus diesen Blechen wurden auf
einer Tensil-Kut-Maschine (hergestellt von der Siebert
Industries, Danbury, Connecticut) geschnitten. Diese
Vorrichtung schnitt eine Eichlänge von 5,08 cm (2,00 inch) Länge, etwa 0,3175 cm (0,125 inch) Breite in eine
0,635 cm (0,250 inch) breite und 0,0508 cm (0,020 inch) dicke Ausgangsprobe. Diese Testproben wurden zur Bestimmung
der Kriechbeständigkeit der 95%/5%- und 100%/0%-Iridium/Rhenium-Zusammensetzungen
verwendet.
-37-
81-10 -38-
Die Kriechbeständigkeit der Proben wurde in einem waagrechten
elektrischen Ofen gemessen, der geeignet war zur Erzielung einer Temperatur von etwa 1 800°C. Die
Heizelemente nes Ofens waren auf ein oval geformtes . Aluminiumoxidrohr mit Innenabmessungen von 1,27 cm χ
0,635 cm (1/2 χ 1/4 inch) gewickelt. Die gesamte Ofenlänge betrug 30,4 8 cm (12 inch). Die Temperatursteuerung
des Ofens erfolgte durch eine West 800-An-Aus-Steuervorrichtung, hergestellt von der West Corporation
Chicago, Illinois. Die Temperatur wurde mittels eines Thermoelements am verringerten Abschnitt der Probe über-
2 wacht. Eine statische Belastung von 0,97 bar (1 kg/mm
bzw. 1.420 psi) wurde an die Probe gehängt, um ein Kriechen bei der angegebenen Temperatur zu bewirken. Das
Kriechen wurde mittels eines linearen Spannungsdifferential-Umwandlers
gemessen, hergestellt von der der Applied Test Systems Co., Saxonburg, Pa. Die Fig. 3
stellt eine schematische Ansicht der Kriechtestvorrichtung dar. Die Fig. 4 stellt einen Querschnitt der
Kriechtestprobe dar.
Tests wurden an den Iridium- und den Iridium-Rhenium-Proben sowohl bei 1 600 als auch bei 1 7000C durchgeführt.
Die erhaltenen Ergebnisse sind in der Fig. 6 dargestellt. Bei 1 6000C brach die Iridiumprobe nach 33,1
Teststunden und die Iridium/Rhenium-Probe brach nach 39,4 Teststunden. Bei 1 700°C brach die Iridiumprobe
nach 12,9 Teststunden und die Iridium/Rhenium-Probe
brach nach 28,3 Teststunden.
30
30
Beispiele 8-11
Nach der Verfahrensweise der Beispiele 5, 3 und 4 wurden
-38-
81-10 -39-
Bleche aus 100 % Iridium, 90 % Iridium/10 % Rhenium bzw. 90 % Iridium/10 % Wolfram hergestellt. Aus jedem
dieser Bleche wurden Hundeknochen-Proben hergestellt. Diese Proben waren am Hundeknochenabschnitt 0,159 cm
(1/16 inch) breit.
Es wurde ein Gadolinium-Gallium-Granatkristall mit folgenden Parametern hergestellt:
Brechungsindex 1,97
Dispersion bzw. Streuung 0,045 Dichte (g/cm2) 7,02
Härte 7
Schmelzpunkt 1 75O°C
Es wurden Proben des Gadolinium-Gallium-Granatkristalls von 0,3175 cm (1/8 inch) Breite und 0,076 cm (0,030 inch)
Dicke hergestellt und auf die knochenförmig geformte Probe aus den Iridium-, Iridium/Rhenium- und Iridium/
Wolfram-Proben aufgebracht...
Die Metall- bzw. Metalle-Kristall-Testproben wurden in der in Fig. 3 dargestellten Einheit untersucht, um die
Verträglichkeit' des Metalls bzw. der Metalle mit dem 2^ Gadolinium-Gallium-Granatkristall zu bestimmen. Es
wurde eine Abar-Micro-Bar-Widerstandsheizeinheit verwendet, hergestellt von der Abar Corporation, Feasterville,
Pennsylvania. Jede Probe wurde in die Testeinheit im Kontakt mit einem Gadolinium-Gallium-Granatkristall ein-
gebracht. Anschliessend wurde Energie zugeführt, und die
Probe wurde auf dem Schmelzpunkt des Gadolinium-Gallium-Granatkristalls (1 7500C) erwärmt, bis die Granatprobe
schmolz, während ein Abdeckgas aus 98 Vol.-% Stickstoff und 2 Vol.-% Sauerstoff durch die Testvorrichtung gepumpt
■
wurde. Diese Reaktionsbedingungen wurden 60 min beibehal-
-39-
81-10 -40-
ten. Anschliessend wurde der Gadolinium-Gallium-Granatkristall auf 25°C währe
schliessend untersucht.
schliessend untersucht.
kristall auf 25°C während 10 bis 15 min gekühlt und an
Der auf den Iridiumträger getestete Gadolinium-Gallium-Granat war leicht trüb und wies einige Verunreinigungen
aus dem Iridium auf. Der Gadolinium-Gallium-Granat, der auf dem Iridium/Wolfram-Träger untersucht wurde, war
schwarz und überhaupt nicht durchsichtig, was eine wesentliehe Menge an Verunreinigungen durch Iridium/Wolfram
anzeigte. Die Gadolinium-Gallium-Granatprobe, die auf dem Iridium/Rhenium-Träger getestet wurde, war jedoch
kristallklar.
Es ist überraschend,dass Rhenium, das im Periodensystem
dem Wolfram am nächsten kommt, eine wesentlich unterschiedliche Wirkung zu der von Wolfram bei der Verträglichkeit
von Iridium mit dem Gadolinium-Gallium-Granat
ergibt.
20
20
Die Erfindung wurde vorstehend anhand verschiedener Beispiele erläutert, die jedoch keine Einschränkung
darstellen sollen.
Ende der Beschreibung.
Claims (7)
1. Tiegel zum Züchten von Kristallen, bestehend im wesentlichen aus einer Iridium-Rhenium-Legierung,
wobei die Legierung aus etwa 85 bis etwa 99 Gew.-Teilen Iridium und etwa 1 bis etwa 15 Gew.-Teilen
Rhenium besteht.
2. Tiegel nach Anspruch 1, mit einem Schmelzpunkt von
· etwa 2 450 bis etwa 2 54O°C.
3. Tiegel nach Anspruch 2, in dem die Legierung aus etwa 90 bis etwa 95 Gew.-Teilen Iridium und etwa
bis etwa 10 Gew.-Teilen Rhenium besteht.
35
35
— 1 —
München-Bogenhausen, Poschingerstraße 6 · Telegramm: Chemindus München · Telefon: (089) 98 32 22 · Telex: 5 23 992 (abitz d)
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81-10 -2-
4. Tiegel nach Anspruch 2, in dem die Legierung im wesentlichen aus etwa 85 bis etwa 99 Gew.-Teilen
Iridium und etwa 1 bis etwa 15 Gew.-Teilen Rhenium besteht.
5. Tiegel nach Anspruch 2, in dem die Legierung im
wesentlichen aus etwa 90 bis etwa 95 Gew.-Teilen Iridium und aus etwa 5 bis etwa 10 Gew.-Teilen
Rhenium besteht.
6. Verfahren zur Herstellung eines Gadolinium-Gallium-Granatkristalls,
dadurch gekennzeichnet, dass man
a) einen Tiegel bereitstellt, der im wesentlichen aus einer Iridium-Rhenium-Legierung besteht,
worin die Legierung aus etwa 85 bis etwa 99 Gew.-Teilen Iridium und aus etwa 1 bis etwa 15 Gew,-Teilen
Rhenium besteht,
b) Galliumoxid und Gadoliniumoxid in den Tiegel beschickt,
c) das Galliumoxid und Gadoliniumoxid auf eine
Temperatur von etwa 200 bis etwa 2 53O°C zu: Bildung einer Kristallschmelze erwärmt; und
d) einen Gadolinium-Gallium-G.ranatkristall aus der Kristallschmelze zieht.
^Q
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
dass die Legierung aus etwa 90 bis etwa 95 Gew.-Teilen Iridium und aus etwa 5 bis etwa 10 Gew.-Teilen
Rhenium besteht.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
-2-
81-10 -3-
dass der Schmelzpunkt des Tiegels etwa 2 469 bis etwa 2 515°C beträgt.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Galliumoxid und das Gadoliniumoxid in der
Form von Pulvern vorliegen, die in dem Tiegel vermischt und geschmolzen werden.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass etwa 0,6 Moleküle Gadoliniumoxid mit jedem
Molekül Galliumoxid vermischt werden.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die vermischten Pulver vor dem Beschicken in
den Tiegel bei einer Temperatur von etwa 1200 bis etwa 15(
werden.
werden.
etwa 1500°C während etwa 1 bis etwa 10 h erwärmt
12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Galliumoxid und das Gadoliumoxid,während
sie auf eine Temperatur von etwa 200 bis etwa 253O°C erwärmt werden, in eine Atmosphäre eingeschlossen
sind, die aus etwa 95 bis etwa 99,5 Vol.-h Stickstoff und aus etwa 0,5 bis etwa 5,0 Vol.-%
Sauerstoff besteht.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
dass das Gadoliniumoxid und das Galliumoxid auf eine Temperatur von etwa 500bis etwa 249O°C erwärmt
werden, während der Kristall aus der Kristallschmelze gezogen wird.
14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
dass das Gadoliniumoxid und das Galliumoxid auf eine Temperatur von etwa 1000 bis etwa 24OO°C
-3-
81-10 -4-
erwärmt werden, während der Kristall aus der Kristallschmelze gezogen wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet,
dass die genannte Atmosphäre aus etwa 98 Vol.-% Stickstoff und etwa 2 Vol.-% Sauerstoff besteht.
16. Verfahren zum Züchten eines Kristalls aus einer reinen Schmelze, dadurch gekennzeichnet, dass man
a) eine Kristallschmelze in einem Tiegel erhitzt, um die Schmelze im geschmolzenen Zustand zu erhalten,
wobei der Tiegel im wesentlichen aus einer Iridium-Rhenium-Legierung besteht, die
aus etwa 85 bis etwa 99 Gew.-Teilen Iridium und
aus etwa 1 bis etwa 15 Gew.-Teilen Rhenium besteht; und
b) den Kristall aus der Kristallschmelze zieht. 20
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Kristall ein Granat mit der Formel
X3Z5°12
25
25
ist, worin X ausgewählt ist aus der Gruppe von Lanthan, Cer, Praseodym, Neodym, Promethium,
Samarium, Europium, Gadolinium, Terbium, Dysprosium, Holmium, Erbium, Thulium, Ytterbium, Lutetium,
Yttrium und Z ausgewählt ist aus der Gruppe von Eisen, Aluminium, Gallium und Scandium.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet,
dass der Kristall aus.der Schmelze mit einer Zieh-
° geschwindigkeit von etwa 2 bis etwa 10 mm pro Stunde
gezogen wird.
-4-
81-10 -5-
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet,
dass X ausgewählt wird aus der Gruppe von Yttrium und Gadolinium und Z ausgewählt wird aus der Gruppe
von Gallium und Aluminium.
20. Verfahren zur Herstellung eines Tiegels aus einer Iridium/Rhenium-Leg'ierung, die im wesentlichen aus
etwa 85 bis etwa 99 Gew.-Teilen Iridium und aus etwa 1 bis etwa 15 Gew.-Teilen Rhenium besteht,
dadurch gekennzeichnet, dass man
a) die Iridium-Rhenium-Legierung schmilzt durch Erwärmen
auf eine Temperatur von etwa 2450 bis 15
etwa 285O°C;
b) die geschmolzene Iridium-Rhenium-Legierung zu einem Blech walzt;
c) das Blech zu einem Zylinder formt; 20
d) das geformte Blech an seinem Saum zusammenfügt;
e) einen Bodenabschnitt aus einem Legierungsblech bildet, das aus etwa 85 bis etwa 99 Gew.-Teilen
Iridium und aus etwa 1 bis etwa 15 Gew.-Teilen
Rhenium besteht; und
f) den Bodenabschnitt an den zusammengefügten Zylinder
schweisst.
21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Iridium-Rhenium-Legierung und die Legierungsbleche
einen Schmelzpunkt von etwa 2450 bis
etwa 2515°C aufweisen.
-5-
81-10 -6-
22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet,
dass die Iridium-Rhenium-Legierung und die Legierungsbleche aus etwa 90 bis etwa 95 Gew.-Teilen
Iridium und aus etwa 5 bis etwa 10 Gew.-Teilen Rhenium bestehen.
23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Iridium-Rhenium-Legierung und die Legierungsbleche
im wesentlichen aus etwa 90 bis etwa 95 Gew.-Teilen Iridium und aus etwa 5 bis etwa 10Gew.
Teilen Rhenium bestehen.
24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet,
dass der Schmelzpunkt der Iridium-Rhenium-Legierung und der Legierungsbleche etwa 2469 bis etwa 2492°C
beträgt.
25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass man zusätzlich den Tiegel reinigt,nachdem der
Bodenabschnitt an den zusammengefügten Zylinder geschweisst wurde.
26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass der Tiegel durch Ätzen mit Königswasser gereinigt
wird.
-6-
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HK (1) | HK18086A (de) |
SG (1) | SG95685G (de) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0855455A1 (de) * | 1997-01-24 | 1998-07-29 | W.C. Heraeus GmbH | Tiegel zur Einkristall-Züchtung, verfahren zu seiner Herstellung und seine Verwendung |
DE102006003521A1 (de) * | 2006-01-24 | 2007-08-02 | Schott Ag | Vorrichtung und Verfahren zum kontinuierlichen Läutern von Gläsern mit hohen Reinheitsanforderungen |
EP2184264A1 (de) | 2006-01-24 | 2010-05-12 | Schott AG | Vorrichtung zum blasenfreien Transportieren, Homogenisieren und Konditionieren von geschmolzenem Glas |
Families Citing this family (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2548689B1 (fr) * | 1983-07-07 | 1985-11-08 | Crismatec | Procede de fabrication de monocristaux de germanate de bismuth a fort rendement de scintillation |
NL8800155A (nl) * | 1988-01-25 | 1989-08-16 | Philips Nv | Granaat en werkwijzen voor het bereiden van een granaat. |
US5660627A (en) * | 1994-10-27 | 1997-08-26 | Schlumberger Technology Corporation | Method of growing lutetium oxyorthosilicate crystals |
JPH11278980A (ja) * | 1998-03-25 | 1999-10-12 | Murata Mfg Co Ltd | 単結晶育成方法 |
US6342688B1 (en) * | 2000-06-09 | 2002-01-29 | Cti, Inc. | Method for preparing iridium crucibles for crystal growth |
DE102005032591B4 (de) * | 2005-07-11 | 2012-05-24 | Heraeus Materials Technology Gmbh & Co. Kg | Dotiertes Iridium mit verbesserten Hochtemperatureigenschaften |
TWI452164B (zh) * | 2009-06-11 | 2014-09-11 | Hon Hai Prec Ind Co Ltd | 坩堝及真空蒸鍍系統 |
DE102009031168A1 (de) * | 2009-06-29 | 2010-12-30 | W.C. Heraeus Gmbh | Festigkeitserhöhung von Iridium, Rhodium und ihren Legierungen |
US20130087094A1 (en) * | 2011-10-05 | 2013-04-11 | Siemens Medical Solutions Usa, Inc. | Composite Crucible For Crystal Growth |
EP3042986A1 (de) * | 2015-01-09 | 2016-07-13 | Forschungsverbund Berlin e.V. | Verfahren zur Herstellung des ß-Ga2O3 Einkristalle, dem in einem Metalltiegel enthaltenen ist, durch Erstarrungs des Schmelzs und dem Sauerstoffsdruck. |
DE102020120715A1 (de) * | 2020-08-05 | 2022-02-10 | Forschungsverbund Berlin E.V. | Verfahren und Vorrichtung zum Züchten eines Seltenerd-Sesquioxid-Kristalls |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3463636A (en) * | 1967-01-03 | 1969-08-26 | Trw Inc | Constant conductivity alloys |
JPS5143399A (en) * | 1974-10-14 | 1976-04-14 | Kogyo Gijutsuin | Gadoriniumu gariumu gaanetsutotanketsushono seizohoho |
-
1982
- 1982-01-21 US US06/341,422 patent/US4444728A/en not_active Expired - Lifetime
-
1983
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- 1983-01-20 JP JP58006746A patent/JPS58130200A/ja active Pending
-
1985
- 1985-12-13 SG SG956/85A patent/SG95685G/en unknown
-
1986
- 1986-03-13 HK HK180/86A patent/HK18086A/xx unknown
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0855455A1 (de) * | 1997-01-24 | 1998-07-29 | W.C. Heraeus GmbH | Tiegel zur Einkristall-Züchtung, verfahren zu seiner Herstellung und seine Verwendung |
US5993545A (en) * | 1997-01-24 | 1999-11-30 | W.C. Heraeus Gmbh & Co. Kg | Crucible for growing single crystals, process for making the same and use of the same |
DE102006003521A1 (de) * | 2006-01-24 | 2007-08-02 | Schott Ag | Vorrichtung und Verfahren zum kontinuierlichen Läutern von Gläsern mit hohen Reinheitsanforderungen |
EP2184264A1 (de) | 2006-01-24 | 2010-05-12 | Schott AG | Vorrichtung zum blasenfreien Transportieren, Homogenisieren und Konditionieren von geschmolzenem Glas |
DE102006003521B4 (de) * | 2006-01-24 | 2012-11-29 | Schott Ag | Vorrichtung und Verfahren zum kontinuierlichen Läutern von Gläsern mit hohen Reinheitsanforderungen |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
GB8300787D0 (en) | 1983-02-16 |
SG95685G (en) | 1986-07-25 |
GB2115310A (en) | 1983-09-07 |
HK18086A (en) | 1986-03-21 |
JPS58130200A (ja) | 1983-08-03 |
US4444728A (en) | 1984-04-24 |
GB2115310B (en) | 1985-09-04 |
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