KR0157325B1 - Process and apparatus for mn-zn ferrite single crystal growth - Google Patents
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Abstract
본 발명은 망간-아연 페라이트(Ferrite)단결정의 성장장지 및 이를 이용한 망간-아면 페라이트 단결정의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a growth medium of manganese-zinc ferrite single crystals and a method for preparing manganese-ferrite single crystal using the same.
즉, 본 발명의 Nn-Zn페라이트 단결정의 성장장치는 도가니 이송장지, 상부에 종결정을 부착시킬 수 있는 백금도가니, 원료를 용융시키기 위한 용융용기 및 가열장치, 생성되는 단결정의 냉각속도를 조절하기 위한 보보가열로와 용융원료를 외부로 부터 차폐하고 응고를 방지하기 위한 보조가열장치로 구성되며, 용융용기 내부에 용해되어 있는 원료에 성장시키고자 하는 단결정의 형태를 가지며 상부에 종결정이 부착된 백금도가니를 넣고 도가니를 회전시키면서 일정한 속도로 인상시킴으로서 균일한 조성의 단결정을 얻을 수 있으며,대형 단결정을 재조할 수 있고 단결정 잉고트당 사용가능한 유효 단결정 잉고트의 크기를 증가시킬 수 있다.That is, the growth apparatus of the Nn-Zn ferrite single crystal of the present invention is a crucible transfer device, a platinum crucible capable of attaching seed crystals to the upper portion, a melting vessel and heating apparatus for melting raw materials, and controlling the cooling rate of the generated single crystal. It consists of bobo heating furnace and auxiliary heating device for shielding the molten raw material from the outside and preventing solidification. It has the form of single crystal to grow on the raw material dissolved inside the molten container and has a seed crystal attached on the top. By inserting a platinum crucible and pulling the crucible at a constant speed, a single crystal of uniform composition can be obtained, a large single crystal can be prepared, and the size of the available single crystal ingot can be increased per single crystal ingot.
Description
제1도는 종래기술에서 사용되는 브릿지만(Bridgeaann) 방식의 단결정 성장로의 개략적인 구조도이고,1 is a schematic structural diagram of a single crystal growth path of a Bridgeaann method used in the prior art,
제2도는 본 발명의 단결정 성장장치의 개략적인 구조도이며,2 is a schematic structural diagram of a single crystal growth apparatus of the present invention,
제3도는 종래의 브릿지만(Bridgemann) 방식으로 성장시킨 단결정 잉고트의 길이방향에 따른 조성변화도이고,3 is a composition change diagram along the longitudinal direction of the single crystal ingot grown by the conventional Bridgemann method,
제4도는 본 발명의 방법으로 성장시킨 단결정 잉고트의 길이방향에 따튼 조성변화도이며,4 is a composition change diagram in the longitudinal direction of the single crystal ingot grown by the method of the present invention,
제5도는 종래의 방법으로 성장시킨 단결정에 형성된 균열의 형성 단면도이다.5 is a cross-sectional view of formation of cracks formed in a single crystal grown by a conventional method.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
-●- : Fe2O3, - x - : MnO-●-: Fe 2 O 3 ,-x-: MnO
- o -: Zn01 1,1' : 도가니 이송장치-o-: Zn01 1,1 ': Crucible feeder
2 : 성장로 3,3' : 백금도가니2:
4,4' : 종결정 5,5' : 보조가열로4,4 ':
6 : 보조가열장치 7 : 가열장치6: auxiliary heating device 7: heating device
8 : 용융용기 9 : 단결정 잉고트8: melt container 9: single crystal ingot
10 : 균열(crack)10 crack
본 발명은 오디오, VTR 및 컴퓨터의 헤드재료로 이용되고 있는 망간-아연 페라이트(Ferrite)단결정의 성장장치 및 이를 이용한 망간-아연 페라이트 단결정의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for growing manganese-zinc ferrite single crystals used as head materials of audio, VTR and computers, and a method for manufacturing manganese-zinc ferrite single crystals using the same.
VTR의 헤드재료는 고주파에서의 투자율(Permeability)이 크고 가공성 및 내구성이 우수한 Mn-Zn 페라이트를 단결정 상태로 제조하여 이용하고 있으며, 컴퓨터의 고정자기 디스크 드라이브 (Rigid Disk Drive)용 헤드로도 점차 Mn-Zn 페라아트 단결정이 이용되고 있는 추세이다.The head material of the VTR is manufactured by using Mn-Zn ferrite, which has high permeability at high frequencies and excellent processability and durability, in a single crystal state, and gradually becomes Mn as a head for a rigid disk drive of a computer. Zn Ferra art single crystals are being used.
종래에 Mn-Zn 페라이트 단결정 제조방법은 제1도에 도시된 바와같이 브릿지만(Bridgemann) 방식의 단결정 성장로(2)를 이용하는 방법 즉, 종결정(4)과 원료를 백금도가니(3)에 넣고 종결정(4)의 일부를 포함한 상부의 원료를 용융시킨 후 도가니의 위치를 내리면서 단결정을 성장시키는 방법 또는 도가니를 회전시키면서 도가니 위치를 내리는 방법을 이용하였지만, 백금도가니(3)의 상부가 외부에 노출되어 있기 때문에 용융되어 있는 원료로 부터 ZnO가 증발(evaporation)되기 때문에 성장되는 단결정의 조성(Composition)이 변화되므로 원하는 조성의 단결정을 제조하는데에 많은 어려움이 따르고, 원료의 조성차이로 인하여 단결정 잉고트(ingot)중에서 특성이 좋고 사용가능한 단결정의 크기가 작아지는 단점이 있었다.Conventionally, the Mn-Zn ferrite single crystal manufacturing method is a method using a single crystal growth furnace (2) of the Bridgemann type, as shown in Figure 1, that is, the seed crystal (4) and the raw material to the platinum crucible (3) After melting the raw material of the upper part including a part of the seed crystal (4) and lowering the crucible position, a method of growing single crystal or lowering the crucible position while rotating the crucible was used, but the upper part of the platinum crucible (3) Since the composition of the grown single crystal is changed because ZnO is evaporated from the molten raw material because it is exposed to the outside, it is difficult to produce a single crystal of the desired composition, and due to the difference in composition of the raw material Among the single crystal ingots, the characteristics were good and there was a disadvantage that the size of the available single crystal was small.
또한, 종래의 방법은 구조적인 문제로 인하여 도가니의 크기보다 작은 단결정이 성장되며, 단결정의 상부는 외부의 공기(대기)에서 환원과 산화반응에 의해 결함 특히, 미세균열이 형성될 뿐만 아니라 단결정 성장에 사용되는 백금도가니가 고가이기 때문에 재료비 및 도가니의 가공비용이 전체 재료비의 50% 이상을 점유하게 되며, 단결정 잉고트중 사용가능한 유효길이가 짧기 때문에 제조원가가 비싼 단점이 있었다.In addition, in the conventional method, due to structural problems, single crystals smaller than the size of the crucible are grown, and the upper part of the single crystals not only forms defects, particularly microcracks, but also single crystal growth by reduction and oxidation reactions in the outside air (atmosphere). Since the cost of platinum crucible used in the material cost and processing cost of the crucible occupy more than 50% of the total material cost, there is a disadvantage that the manufacturing cost is expensive because the effective length available in the single crystal ingot is short.
따라서, 본 발명의 목적은 Mn-Zn 페라이트 단결정 성장장치를 제공하는데 있으며, 또 다른 목적은 상기 장치를 사용하여 균일한 조성을 갖는 Mn-Zn 페라이트 단결정 잉고트의 제조방법을 제공하는데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a Mn-Zn ferrite single crystal growth apparatus, and another object is to provide a method for producing a Mn-Zn ferrite single crystal ingot having a uniform composition using the apparatus.
본 발명의 또 다른 목적은 대형 단결정의 제조에 적합하며, 단결정의 생성수율을 증가시킬 수 있는 Mn-Zn 페라이트 단결정의 제조방법을 제공하는데 있다.It is still another object of the present invention to provide a method for preparing Mn-Zn ferrite single crystal, which is suitable for the production of large single crystal and can increase the yield of single crystal.
상술한 목적을 해결하기 위하여 본 발명에서는 도가니 이송장치(1'), 백금도가니 (3'), 종결정 (4'), 보조가열로(5'), 보조가열장지(6), 가열장지(7) 및 용융용기(8)로 구성되는 단결정 성장장치를 이용하여 Mn-Zn 페라이트 단결정을 제조하였다.In order to solve the above object, in the present invention, the crucible conveying apparatus (1 '), platinum crucible (3'), seed crystal (4 '), auxiliary heating furnace (5'), auxiliary heating cabinet (6), heating equipment ( 7) and Mn-Zn ferrite single crystals were prepared using a single crystal growth apparatus composed of a melting vessel (8).
본 밭명을 첨부된 도면에 의거 좀 더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.The field name will be described in more detail based on the accompanying drawings.
제2도에 도시된 바와같이 먼저, 백금용융용기(8)내에서 가열장치(7)로 저항가열이나 유도가열 방법을 이용하여 대량의 원료를 용융(melting)시킨 후, 성장시키고자 하는 단결정의 잉고트 형태로 제작되어 있으며, 종결정(4')을 부착시킬 수 있도록 구성된 백금도가니(3')를 종결정(4')의 일부분까지 용융되도를 용융용기 (8)내에 도가니 (3')를 위치시킨 다음, 도가니이송장치(1')를 이용하여 백금도가니(3')를 회전과 함께 인상시키면서 백금도가니(3')의 상부에 설치된 종결정(4')으로부터 단결정을 성장시킨다. 이렇게 되면 단결정으로 성장되는 원료가 도가니에 의해 외부로 부터 차폐되어 있기 때문에 ZnO의 증발이 이루어지지 못하여 균일한 조성의 단결정이 성장된다.As shown in FIG. 2, first, a large amount of raw material is melted using a resistance heating or induction heating method in a
한편, 본 발명의 Mn-Zn 페라이트 성장장치는 원료가 용해된 액상(liquid phase)과 대기와의 경계에 보조가열장지(6)를 부착하여 도가니(9')벽에서 부터 다결정이 형성되는 것을 억제시켰다.On the other hand, the Mn-Zn ferrite growth apparatus of the present invention suppresses the formation of polycrystals from the crucible 9 'wall by attaching the
상술한 방법으로 성장되는 단결정을 보조가열로를 통과시킴으로서 성장된 단결정의 냉각속도를 조절하여 성장된 단결정이 급격히 냉각되는 것을 방지하였다.By passing the single crystal grown in the above-described manner through the auxiliary heating furnace, the cooling rate of the grown single crystal was controlled to prevent the grown single crystal from rapidly cooling.
단결정의 원료를 용융용기에 넣어 용융시키기 전에 전처리를 행하는 것이 바람직하다. 예를들어, MnCO3, ZnO, Fe2O3를 혼합하고 가압탈수한 다음, 건조시키고 하소(Calcination)한 후 파쇄하여 MnO, ZnO, Fe2O3의 혼합분말을 제조하여 사용할 수 있다.It is preferable to perform pretreatment before putting a single crystal raw material into a melting container and melting it. For example, MnCO 3 , ZnO, Fe 2 O 3 may be mixed, dehydrated, dried, calcined, and crushed to prepare a mixed powder of MnO, ZnO, Fe 2 O 3 .
원료물질의 용융방법은 통상의 방법으로 재융시킬 수 있지만, 유도가열 방식이나 저항가열 방법을 이용하는 것이 효과적이다.The melting method of the raw material can be remelted by a conventional method, but it is effective to use an induction heating method or a resistance heating method.
상술한 본 발명의 Mn-Zn 페라이트 단결정 제조방법을 이용하면, 도가니의 형태를 크게 하여 대형 단결정을 용이하게 제작할 수 있으며, 도가니의 끝부분까지 단결정이 형성되기 때문에 단결정의 크기가 길어지는 효과를 얻을 수 있다.By using the above-described Mn-Zn ferrite single crystal manufacturing method of the present invention, the size of the crucible can be increased to easily produce a large single crystal, and since the single crystal is formed up to the end of the crucible, the effect of increasing the size of the single crystal is obtained. Can be.
또한, 단결정의 끝부분은 용융된 액상과의 접촉으로 인하여 외부의 공기와 접촉에서 발생되는 산화, 환원반응이 제한되므로 단결정의 끝부분에서 미세균열이 형성되지 않게 되어 단결정 잉고트 전체를 사용할 수 있다.In addition, since the end of the single crystal is limited by oxidation and reduction reactions caused by contact with the outside air due to contact with the molten liquid, fine cracks are not formed at the end of the single crystal so that the entire single crystal ingot can be used.
다음의 실시예 및 비교예는 본 발명의 Mn-Zn 페라이트 단결정 성장장치 및 이를 이용한 Mn-Zn 페라이트 단결정의 제조방법을 좀 더 구체적으로 설명하는 것이지만, 본 발명의 범주를 한정하는 것은 아니다.The following examples and comparative examples will be described in more detail the Mn-Zn ferrite single crystal growth apparatus of the present invention and a method for producing Mn-Zn ferrite single crystal using the same, but is not intended to limit the scope of the present invention.
[실시예 1]Example 1
MnCO3, ZnO와 Fe2O3를 혼할하고 가압탈수하여 160°C로 8시간동안 건조한 다음, 1250°C에서 8시간동안 하소(calcination) 하여 수냉 (water quenohing)하여 급냉하고 파쇄하여 원료물질을 제조한다.MnCO 3 , ZnO and Fe 2 O 3 are mixed and dehydrated and dried at 160 ° C for 8 hours, then calcined at 1250 ° C for 8 hours, water quenched and quenched and crushed to prepare raw materials. Manufacture.
제조공정중 하소공정을 거치면서 MnCO3는 MnO와 CO2로 분해되어 CO2가스로 날라가고 MnO로 남게된다. 이때 MnO, ZnO및 Fe2O3의 조성비율이 각각 28몰%, 18몰%, 54몰%가 되도륵 하였다.During the calcination process during the manufacturing process, MnCO 3 is decomposed into MnO and CO 2 , blown off with CO 2 gas and left as MnO. At this time, the composition ratios of MnO, ZnO and Fe 2 O 3 were 28 mol%, 18 mol% and 54 mol%, respectively.
이를 용융용기(8)에 넣은 다음에 가열장지(7)을 이용하여 용융시킨 후, 직경이 50mm이고 길이가 280mm이며 상부에 종결정(4')을 장치한 원통형 도가니 (3')를 제조하여 종결정 (4')의 일부가 용융되는 정도로 용융용기(8)내에 넣은 다음, 도가니 이송장치(1')를 이용하여4mm/hour의 속도로 인상시키면서 단결정을 성장시키고, 보조가열로(6')를 이용하여 성장된 단결정의 냉각속도를 1.5°C/min로 조절하면서 냉각시켜 직경 50mm, 길이 250mm인 단결정을 제조하였다.This was put into the melting vessel (8), and then melted using a heating apparatus (7). A cylindrical crucible (3 ') having a diameter of 50 mm, a length of 280 mm, and a seed crystal (4') was provided at the top. A portion of the seed crystal 4 'is placed in the
제조된 단결정을 길이방향으로 15mm의 간격으로 절단하여 EDAX를 이용하여 길이변화 따른 조성의 변화를 분석하고 그 결과를 제4도에 도시하였으며, 단결정 잉고트의 길이방향으로 절단하여 단면을 관찰한 결과 균열을 확인할 수 없었다.The prepared single crystals were cut at intervals of 15 mm in the longitudinal direction, and the composition change according to the length change was analyzed using EDAX, and the results are shown in FIG. 4, and the cross section was observed by cutting in the longitudinal direction of the single crystal ingot. Could not be confirmed.
[비교예 1]Comparative Example 1
원료물질을 통상의 브릿지만(Bridgemann) 방식의 단결정 성장로를 사용하여 Mn-Zn 페라이트 단결정을 제조한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 단결정을 제조한 후, 실시예1과 동일한 방법으로 길이변화에 따른 조성의 변화를 분석하고 그 결과를 제3도에 도시하였으며 , 길이 방향으로 절단한 단면을 관찰한 결과, 제5도에 도시된 바와같이 단결청 잉고트 상부에서 다수의 균열이 확인되었다.A single crystal was prepared in the same manner as in Example 1 except that the raw material was manufactured in the same manner as in Example 1 except that a Mn-Zn ferrite single crystal was manufactured using a conventional Bridgemann type single crystal growth furnace. As a result of analyzing the change of the composition according to the length change, the result is shown in FIG. 3, and the cross section cut in the longitudinal direction was observed. As shown in FIG. .
제3도및 제4도로부터 알수 있는 바와같이, 본 발명의 방법으로 제조한 단결정의 경우에는 잉고트의 끝부분으로 부터 약 20mm정도에서 조성이 다소 변화할 뿐 단결정 잉고트의 길이에 따라 조성의 변화가 거의 없는 반면에, 브릿지만(Bridgemann) 방식의 단결정 성장로를 이용하여 제조한 단결정의 경우에는 길이변화에 따라 조성의 변화가 심하였다.As can be seen from FIG. 3 and FIG. 4, in the case of the single crystal manufactured by the method of the present invention, the composition was slightly changed at about 20 mm from the tip of the ingot, but the composition was changed according to the length of the single crystal ingot. On the other hand, in the case of a single crystal manufactured by using a Bridgemann type single crystal growth furnace, the composition was severely changed according to the length change.
상술한 바와갈이 본 발명의 Mn-Zn 페라이트 단결정 제조방법을 이용하여 제조한 단결정은 균일한 조성을 가지며 , 본 발명의 방법 및 장치를 사용함으로서 대형 단결정의 제조가 용이하고 결정의 결함 특히, 균열이 없는 단결정을 제조할 수 있었다.As described above, the single crystal prepared using the Mn-Zn ferrite single crystal manufacturing method of the present invention has a uniform composition, and by using the method and apparatus of the present invention, it is easy to prepare a large single crystal and defects of crystals, in particular, Single crystals could be prepared.
즉, 본 발명의 Mn-Zn 페라이트 단결정 제조방법은 종래의 단결정 성장방법과는달리 성장시키고자 하는 용융되어 있는 원료를 외부로 부터 차폐시키므로써 ZnO의 증발을 막아 균일한 조성의 단결정을 얻을 수 인는 효과를 가진다.That is, the Mn-Zn ferrite single crystal manufacturing method of the present invention prevents evaporation of ZnO to obtain a single crystal having a uniform composition by shielding the molten raw material to be grown from the outside, unlike the conventional single crystal growth method. Has an effect.
또한, 본 발명의 단결정 성장장치의 구조적인 특성으로 인하여 대형 단결정을 용이하게 제조할 수 있으며 도가니의 끝까지 단결정을 성장시킬 수 있어 단결정 잉고트당 사용 가능한유효 단결정 잉고트의 크기가 증가한다.In addition, due to the structural characteristics of the single crystal growth apparatus of the present invention, large single crystals can be easily manufactured and single crystals can be grown to the end of the crucible, thereby increasing the size of the effective single crystal ingots available per single crystal ingot.
Claims (2)
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KR1019910003404A KR0157325B1 (en) | 1991-02-28 | 1991-02-28 | Process and apparatus for mn-zn ferrite single crystal growth |
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KR920016619A (en) | 1992-09-25 |
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