KR100432907B1 - Method for growing single crystal of magnesia - Google Patents

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Abstract

스컬(skull) 용융법에 의해 마그네시아의 대형 단결정을 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 저온 도가니(cold crucible)의 중앙에 전기전도성 물질을 충진한 상태에서 분말 상태의 마그네시아를 도가니에 충진하는 단계와, 도가니 중앙에 위치한 전기전도성 물질을 고주파 유도 가열에 의하여 온도를 상승시킴으로써 분말 상태의 마그네시아를 용융시키는 단계와, 용융된 마그네시아의 융액이 균질해지도록 용융 상태를 유지하는 단계와, 도가니를 서서히 하강시킴으로써 마그네시아의 결정을 성장시키는 단계와, 결정 성장의 완료 후에 고주파의 파워를 하강시켜 성장된 결정을 냉각시키는 단계를 구비하며, 용융마그네시아의 고주파 침투깊이가 도가니의 1/5 내지 1/20 이 되도록 도가니의 직경을 조절하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a method for producing a large single crystal of magnesia by a skull melting method. The present invention is to fill the crucible with magnesia in the powder state in the state of filling the conductive material in the center of the cold crucible, and to increase the temperature of the electrically conductive material located in the center of the crucible by the high frequency induction heating Melting the magnesia in the state, maintaining the molten state so that the melt of the molten magnesia becomes homogeneous, growing the crystal of the magnesia by slowly lowering the crucible, and lowering the high frequency power after the completion of the crystal growth. And cooling the grown crystals, and adjusting the diameter of the crucible so that the high frequency penetration depth of the molten magnesia is 1/5 to 1/20 of the crucible.

Description

마그네시아 단결정을 성장시키는 방법{METHOD FOR GROWING SINGLE CRYSTAL OF MAGNESIA}METHOD FOR GROWING SINGLE CRYSTAL OF MAGNESIA}

본 발명은 마그네시아(magnesia) 단결정을 성장시키는 방법에 관한 것으로서, 특히 스컬(skull) 용융법에 의해 마그네시아의 대형 단결정을 제조하는 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for growing magnesia single crystals, and more particularly to a method for producing large single crystals of magnesia by a skull melting method.

마그네시아(MgO)의 단결정은 매우 우수한 물리적 특성을 가지므로 이용분야가 대단히 광범위하다. 예를 들어, AC형 PDP의 유전체층(dielectric layer)이나, 고온로(high temperature furnace)의 윈도우(window), 광학렌즈의 코팅재료, 고온 초전도체의 박막 단결정 성장을 위한 기판 재료 등으로 이용되고 있다.Single crystals of magnesia (MgO) have very good physical properties and therefore have a wide range of applications. For example, it is used as a dielectric layer of an AC PDP, a window of a high temperature furnace, a coating material of an optical lens, a substrate material for thin film single crystal growth of a high temperature superconductor, and the like.

마그네시아는 2850 ℃ 라는 높은 용융 온도를 가지고 있기 때문에 일반적인방법으로는 용융시키기 곤란하며, 지금까지는 마그네시아의 단결정 성장을 위해 아크(arc) 용융법을 사용하여 왔다.Since magnesia has a high melting temperature of 2850 ° C., it is difficult to melt by a general method. Up to now, arc melting has been used for single crystal growth of magnesia.

아크 용융법이란 카본 전극봉을 사용하여 마그네시아를 용융시키고, 상온에서 천천히 냉각시켜 단결정을 성장시키는 방법으로서, 현재는 마그네시아 내화물을 생산하는데 주로 이용되고 있다. 아크 용융법은 카본 전극봉을 사용하므로 공해 물질이 배출되고, 대형 단결정 성장이 어려우며, 수율이 매우 낮다는 문제점이 있다. 따라서 품질이 좋은 대형의 단결정을 성장시키는데는 한계가 있다.The arc melting method is a method of melting magnesia using a carbon electrode and slowly cooling it at room temperature to grow single crystals, and is currently mainly used to produce magnesia refractory materials. Since the arc melting method uses a carbon electrode, there is a problem that the pollutant is discharged, large single crystal growth is difficult, and the yield is very low. Therefore, there is a limit to growing large single crystals of good quality.

한편 냉각수관을 설치한 저온 도가니(cold crucible)에서 고주파 가열을 통하여 분말 상태의 재료를 용융시킨 후에 천천히 냉각시킴으로써 단결정을 성장시키는 방법이 있다. 이를 스컬 용융법이라고 한다. 스컬 용융법에서는 도가니가 저온이므로 도가니의 표면에 수많은 시드(seed)가 부착되어 있어 결정 성장을 위한 별도의 시드(seed)를 사용하지 않는다. 스컬 용융법은 고온 물질을 용융시키는데 효과적이며 조화용융 화합물의 오염이 없는 대형 단결정을 성장시킬 수 있는 방법으로 알려져 있다.Meanwhile, there is a method of growing a single crystal by slowly cooling the powdered material through high frequency heating in a cold crucible provided with a cooling water pipe and then slowly cooling it. This is called the skull melting method. In the skull melting method, since the crucible is low temperature, numerous seeds are attached to the surface of the crucible so that a separate seed for crystal growth is not used. The skull melting method is known to be effective for melting high temperature materials and to grow large single crystals without contamination of the co-melting compound.

하지만 Skull Melting 방법은 지금까지 지르코니아(Zirconia)의 제조에 적용되어 왔을 뿐이며, 마그네시아의 제조에는 적용되지 않았다. 이는 마그네시아의 전기전도도가 매우 낮기 때문이다. 전기전도도가 마그네시아와 같이 매우 낮으면 가열 효율이 매우 낮기 때문에 용융물을 안정된 상태로 유지하기 어렵고, 따라서 결정 성장에 대한 제어가 매우 어려워진다. 아직까지 마그네시아에 대한 융융상태에서의 전기전도도 데이터도 알려져 있지 않은 상황이다.However, the Skull Melting method has only been applied to the manufacture of zirconia (Zirconia) so far, and not to the manufacture of magnesia. This is because the electrical conductivity of magnesia is very low. If the electrical conductivity is very low, such as magnesia, it is difficult to keep the melt in a stable state because the heating efficiency is very low, and thus control over crystal growth becomes very difficult. There is no known conductivity or conductivity data for magnesia.

스컬 용융법을 이용하여 대형의 고품질 마그네시아 단결정을 성장시키기 위해서는 우선적으로 용융 상태를 유지시킬 수 있어야 하는데, 마그네시아의 낮은 전기전도도를 감안할 때 매우 높은 주파수가 필요하다. 통상적으로 실험실 규모의 작은 고주파 발진기(50 ㎾ 이하)는 10 ㎒ 이상의 주파수를 발생시키기 어려우며, 용융 상태의 마그네시아의 전기전도도를 예측할 때 이러한 정도의 주파수로는 10 ㎝ 이하의 침투깊이를 얻을 수 없으므로, 직경이 50 ㎝ 이하인 작은 도가니로써는 가열 효율이 낮아 용융 상태를 유지시키기 곤란하다.In order to grow large-scale high-quality magnesia single crystals by using the skull melting method, it is necessary to first maintain the molten state. In view of the low electrical conductivity of magnesia, a very high frequency is required. Typically, small laboratory-scale high-frequency oscillators (50 kHz or less) are less likely to generate frequencies above 10 MHz, and when predicting the electrical conductivity of molten magnesia, the penetration depth of 10 cm or less can not be obtained at these frequencies. Small crucibles having a diameter of 50 cm or less have low heating efficiency and are difficult to maintain a molten state.

따라서 본 발명은 마그네시아 융융에 스컬 용융법을 효과적으로 적용하는 방법을 제안하는 것을 일 목적으로 한다.Therefore, an object of the present invention is to propose a method of effectively applying the skull melting method to magnesia melting.

또한 본 발명은 용융 마그네시아로부터 품질이 우수한 대형의 마그네시아 단결정을 제조하는 방법을 제안하는 것을 다른 목적으로 한다.It is another object of the present invention to propose a method for producing a large magnesia single crystal having excellent quality from molten magnesia.

도 1은 본 발명에 의한 마그네시아 결정의 성장 과정을 도시한 도면.1 is a view showing a growth process of magnesia crystals according to the present invention.

도 2는 도가니 크기 및 침투깊이와 가열 효율 사이의 관계를 도시한 도면.2 shows the relationship between crucible size and penetration depth and heating efficiency.

도 3은 전형적인 산화물(oxide)의 온도와 비저항 사이의 관계를 도시한 도면.3 shows the relationship between the temperature of a typical oxide and its resistivity.

이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 이용 가능한 소정(predetermined)의 고주파 주파수에 대하여 도가니의 직경을 정교하게 설정함으로써 가열 효율을 높인 개선된 스컬 용융법을 제안한다.In order to achieve this object, the present invention proposes an improved skull melting method which raises the heating efficiency by precisely setting the crucible's diameter with respect to the available high frequency frequency.

본 발명은 마그네시아의 결정을 성장시키는 방법에 있어서, 저온 도가니(cold crucible)의 중앙에 전기전도성 물질을 충진한 상태에서 분말 상태의 마그네시아를 상기 도가니에 충진하는 단계와, 상기 도가니 중앙의 전기전도성 물질을 고주파 유도 가열에 의하여 마그네시아를 용융시키는 단계와, 상기 용융된 마그네시아의 융액이 균질해지도록 상기 용융 상태를 유지하는 단계와, 상기 도가니를 서서히 하강시킴으로써 마그네시아의 결정을 성장시키는 단계와, 상기 결정 성장 단계에 의한 결정 성장의 완료 후에 상기 고주파의 파워를 하강시켜 상기 성장된 결정을 냉각시키는 단계를 구비하며, 상기 고주파에 의한 침투깊이가 상기 도가니 직경의 1/5 내지 1/20 이 되도록 상기 도가니의 직경을 설정하는 것을 특징으로 한다.The present invention provides a method of growing a crystal of magnesia, comprising filling a crucible with a powdery magnesia in a state in which an electrically conductive material is filled in the center of a cold crucible, and an electrically conductive material in the center of the crucible. Melting the magnesia by high frequency induction heating, maintaining the molten state so that the melt of the molten magnesia becomes homogeneous, growing the crystals of magnesia by slowly lowering the crucible, and growing the crystal And cooling down the grown crystals by lowering the power of the high frequency wave after completion of the crystal growth by the step, wherein the penetration depth of the crucible is 1/5 to 1/20 of the crucible diameter. It is characterized by setting the diameter.

상기 마그네시아 용융 단계와 상기 용융 상태 유지 단계 사이에, 상기 도가니에 새로운 분말 상태의 마그네시아를 더 공급하고, 고주파 가열에 의해 용융 상태의 마그네시아로 용융시키는 단계를 더 구비하는 것이 바람직하다. 상기 마그네시아 용융 단계에 의해 형성되는 스컬(skull)의 양상이 일정하도록 상기 분말 상태의 마그네시아의 입도(粒度)와 상기 분말 상태의 마그네시아의 충진 방법은 일정하게 제어된다. 고주파의 주파수는 구체적으로 1 내지 10 ㎒ 이고, 도가니의 직경은 40 내지 100 ㎝ 인 것이 바람직하다.Between the magnesia melting step and the molten state maintaining step, it is preferable to further supply the crucible with a new powdery magnesia, and to further melt the magnesia in the molten state by high frequency heating. The particle size of the magnesia in the powder state and the filling method of the magnesia in the powder state are constantly controlled so that the aspect of the skull formed by the magnesia melting step is constant. The frequency of the high frequency is specifically 1 to 10 MHz, and the diameter of the crucible is preferably 40 to 100 cm.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리킨다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described an embodiment of the present invention; Like reference numerals in the drawings indicate the same or similar components.

도 1은 본 발명에 의한 마그네시아 결정의 성장 과정을 도시한 도면이다. 먼저 분말 상태의 마그네시아(101)를 도가니(103)에 충진한다(도 1a). 초기 발열을 위해서 전기전도성 물질(105)을 도가니의 중앙에 충진한다. 도가니의 표면에는 냉각수관이 설치되어 있어 도가니 표면은 낮은 온도로 유지된다. 충진하는 원료(즉, 마그네시아 분말)의 입도(粒度)와 충진 방법에 따라서 용융 후 형성되는스컬(skull)의 양상이 변화될 수 있으므로 재현성을 유지하기 위해서 원료의 입도와 충진 방법이 일정하도록 제어하는 것이 바람직하다. 다음에는 고주파 가열을 수행하여 마그네시아를 용해시킨다(도 1b). 고주파 가열을 수행하면 먼저 전도성 물질(105)의 온도가 상승하고, 이어서 마그네시아 분말(101)의 온도가 상승한다. 마그네시아 분말의 온도가 상승하면 전기전도도가 커지므로 마그네시아 분말이 고주파 에너지를 흡수하게 되어 빠른 속도로 용융된다. 다음에는 원료를 재공급한다(도 1c). 원료가 용융되면 부피가 감소하게 된다. 그런데 스컬 용융법에서는 도가니의 온도가 차므로 용융 상태에 있는 마그네시아의 바깥 둘레가 마그네시아 결정(107)으로 둘러 싸여 있다. 따라서 상부에 구멍을 뚫고 원료를 공급한다. 그러나 도가니가 큰 경우에는 상부의 스컬이 용융물의 표면 가까이 내려 오므로, 상부 스컬 위에 원료를 공급한다. 재공급된 원료를 용융시킨 후에 용액이 균질하게 되도록 용융 상태를 유지한다(도 1d). 다음에는 도가니를 고주파 가열장치(109)에 대하여 서서히 하강시켜 결정(111)을 성장시킨다(도 1e). 도가니의 하강 속도는 결정 성장 속도에 직접적인 영향을 주므로 적정 속도 및 균일한 하강 속도가 요구되어진다. 이렇게 하여 결정 성장을 완료한 후에는 고주파의 파워를 하강시켜 성장된 결정을 냉각시킨다(도 1f).1 is a diagram illustrating a growth process of magnesia crystals according to the present invention. First, the powder magnesia 101 is filled in the crucible 103 (FIG. 1A). An electrically conductive material 105 is filled in the center of the crucible for initial heat generation. The surface of the crucible is equipped with a cooling water pipe so that the surface of the crucible is kept at a low temperature. Depending on the particle size and filling method of the raw material to be filled (ie, magnesia powder), the shape of the scull formed after melting may vary, so that the particle size and the filling method of the raw material are controlled to maintain the reproducibility. It is preferable. Next, high frequency heating is performed to dissolve the magnesia (FIG. 1B). When the high frequency heating is performed, the temperature of the conductive material 105 first rises, followed by the temperature of the magnesia powder 101. As the temperature of the magnesia powder increases, the electrical conductivity increases, so the magnesia powder absorbs high frequency energy and melts at a high speed. Next, the raw materials are supplied again (FIG. 1C). When the raw material melts, the volume is reduced. However, in the skull melting method, since the temperature of the crucible is cold, the outer circumference of the magnesia in the molten state is surrounded by the magnesia crystal 107. Therefore, it drills a hole in the upper part and supplies raw materials. However, when the crucible is large, the upper skull comes down near the surface of the melt, and thus feeds the raw material on the upper skull. The molten state is maintained so that the solution is homogeneous after the re-feed of the raw material is melted (FIG. 1D). Next, the crucible is gradually lowered with respect to the high frequency heating device 109 to grow the crystal 111 (FIG. 1E). Since the rate of falling of the crucible has a direct influence on the rate of crystal growth, an appropriate rate and uniform rate of falling are required. After the crystal growth is completed in this way, the power of high frequency is lowered to cool the grown crystal (FIG. 1F).

도 2는 도가니 크기 및 침투깊이와 가열 효율 사이의 관계를 도시한 도면이다. 침투깊이란 어느 깊이에서의 전자기에너지가 피가열체 표면에서의 전자기에너지의 (1/e)가 될 때, 그 깊이를 침투깊이라고 한다. 침투깊이가 너무 깊으면 피가열체에서 에너지 흡수가 되지 않는 것을 의미한다. 반면 침투깊이가 너무 얕으면표면만이 가열되는데, 표면은 전술한 바와 같이 도가니에 흐르는 냉각수에 의해 냉각되고 있으므로, 결국 고주파의 에너지가 재료 가열에 효율적으로 사용되지 않는다.FIG. 2 shows the relationship between crucible size and penetration depth and heating efficiency. Penetration depth is the depth of penetration when the electromagnetic energy at any depth becomes (1 / e) of the electromagnetic energy on the surface of the heating element. If the penetration depth is too deep, it means that energy is not absorbed by the heated object. On the other hand, if the depth of penetration is too shallow, only the surface is heated. As the surface is cooled by the cooling water flowing in the crucible as described above, high frequency energy is not effectively used for heating the material.

다음의 수학식 1은 침투깊이와 피가열체의 전기전도도와 주파수의 관계를 나타낸다. 여기서 δ는 침투깊이, σ는 피가열체의 전기전도도, μ는 피가열체의 자기 투자율(magnetic permeability), ω는 각 주파수(2πf)를 각각 가리킨다.Equation 1 below shows the relationship between the penetration depth and the electrical conductivity and frequency of the heating element. Where δ is the penetration depth, sigma is the electrical conductivity of the heating element, μ is the magnetic permeability of the heating element, and ω is the respective frequency (2π f ).

δ=(2/σμω)1/2 δ = (2 / σμω) 1/2

수학식 1에서 알 수 있는 바와 같이, 주어진 침투깊이에 대해서 전기전도도와 주파수는 반비례한다. 따라서 고순도 마그네시아와 같이 전기전도도가 매우 낮은 물질의 경우에는 소정 침투깊이를 얻기 위해서는 높은 주파수를 사용하여야 한다. 현실적으로 공업용 고주파 발진기는 약 5 ㎒ 정도로 한정되므로 매우 낮은 전기전도도를 갖는 마그네시아의 경우에는 침투깊이가 커지게 된다. 따라서 마그네시아의 경우 소형의 도가니에 의해서는 용융시키기 곤란하다. 그렇다고 대형의 도가니는 마그네시아를 용융시키기 위해 엄청난 파워의 고주파 가열장치가 요구되므로 실용적이지 못하다.As can be seen in Equation 1, the conductivity and frequency are inversely proportional to a given penetration depth. Therefore, in the case of a material having very low electrical conductivity, such as high purity magnesia, a high frequency should be used to obtain a predetermined penetration depth. In reality, the industrial high frequency oscillator is limited to about 5 MHz, so that the penetration depth is large in the case of magnesia having a very low electrical conductivity. Therefore, magnesia is difficult to melt by a small crucible. However, large crucibles are not practical because they require a high-powered high-frequency heating device to melt magnesia.

도 2를 참조할 때, 가열 효율이 비교적 양호하기 위해서는 δ/R 이 0.2 내지 1 정도이어야 한다는 것을 알 수 있다. 여기서 δ는 침투깊이이고, R는 피가열체(즉, 도가니)의 반지름을 뜻한다. 따라서 가열 효율을 고려할 때 적정한 도가니의크기는 침투깊이의 2배 내지 10배 정도이다. 즉, 주어진 고주파에 의한 침투깊이가 도가니 직경의 1/5 내지 1/20 정도 될 때 가열 효율이 우수하다.Referring to FIG. 2, it can be seen that δ / R should be about 0.2 to 1 in order for the heating efficiency to be relatively good. Where δ is the penetration depth and R is the radius of the heating element (ie crucible). Therefore, considering the heating efficiency, the appropriate size of the crucible is about 2 to 10 times the penetration depth. That is, the heating efficiency is excellent when the penetration depth by a given high frequency becomes about 1/5 to 1/20 of the crucible diameter.

스컬 용융법에 의한 용융은 기본적으로 고주파 유도 가열을 행하는 것이므로 피가열체의 전기전도도에 따라서 도가니의 크기와 발진 주파수를 적정하게 맞추어 주어야만 소정의 가열 효율을 얻을 수 있다. 전술한 바와 같이 적정한 도가니의 크기가 침투깊이의 2배 내지 10배 정도일 때 가열 효율이 좋고 이로부터 벗어나면 낮은 가열 효율에 의하여 매우 큰 전력이 필요하게 된다. 따라서 주어진 주파수에 대하여 적정한 도가니 크기를 충족시키지 못하면 용융 상태가 유지되지 못하고 서서히 식게 된다.Melting by the skull melting method basically performs high frequency induction heating, and accordingly, the size and the oscillation frequency of the crucible may be appropriately adjusted according to the electrical conductivity of the heated object to obtain a predetermined heating efficiency. As described above, when the appropriate crucible size is about 2 to 10 times the penetration depth, the heating efficiency is good, and when it is out of this, very large power is required by the low heating efficiency. Therefore, if the appropriate crucible size is not met for a given frequency, the molten state cannot be maintained and gradually cools down.

도 3은 전형적인 산화물의 온도와 비저항 사이의 관계를 도시한 도면이다. 마그네시아의 고온에서의 전기전도도는 발표된 것이 없지만 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 비교적 저온 영역에서 측정된 데이터를 바탕으로 어느 정도 예측할 수 있다. 마그네시아의 온도에 대한 비저항 그래프는 알루미나(Alumina)의 비저항 그래프와 대략 평행하다. 이를 이용하여 참조번호 301로 표시된 바와 같이, 마그네시아의 용융 온도인 2850 ℃ 에서의 마그네시아의 비저항을 추정해 보면, 0.2 [Ω/㎝] 정도가 된다. 지르코니아(Zirconia)가 대략 10-3[Ω/㎝] 정도이므로, 마그네시아의 전기전도도는 지르코니아의 전기전도도의 1/100 정도이다. 따라서 수학식 1에 의하면 동일한 도가니에서 용융시킬 때 마그네시아에 대한 고주파의 주파수는 지르코니아에 대한 고주파의 주파수에 비해 50 배가 되어야 함을 알 수 있다. 실험에의하면 직경 20 ㎝ 의 도가니를 사용하여 지르코니아를 용융시킬 때 적정 주파수는 대략 100 ∼ 1000 ㎑ 정도이므로, 같은 크기의 도가니에 마그네시아를 용융시킬 때는 5 ∼ 50 ㎒ 정도일 것이다. 도가니 크기에 따른 적정 주파수의 예상치는 다음 표 1과 같다.3 shows the relationship between the temperature of a typical oxide and the resistivity. Electrical conductivity at high temperatures of magnesia has not been published, but can be predicted to some extent based on data measured in a relatively low temperature region, as shown in FIG. 3. The graph of resistivity versus temperature of magnesia is approximately parallel to the graph of resistivity of alumina. As shown by reference numeral 301 using this, when the specific resistance of magnesia at 2850 degreeC which is the melting temperature of magnesia is estimated, it becomes about 0.2 [ohm / cm]. Since zirconia is approximately 10 −3 [Ω / cm], the electrical conductivity of magnesia is about 1/100 of that of zirconia. Therefore, according to Equation 1, when melting in the same crucible, it can be seen that the frequency of the high frequency for magnesia should be 50 times that of the high frequency for zirconia. According to the experiment, when the zirconia is melted using a crucible having a diameter of 20 cm, an appropriate frequency is about 100 to 1000 kHz, so when melting magnesia into a crucible of the same size, it may be about 5 to 50 MHz. Estimation of the appropriate frequency according to the crucible size is shown in Table 1 below.

도가니 크기(㎝)Crucible Size (cm) 1010 2020 4040 6060 100100 적정 주파수(㎒)Appropriate frequency (MHz) 20 ∼ 20020 to 200 5 ∼ 505-50 1 ∼ 101 to 10 0.5 ∼ 50.5 to 5 0.2 ∼ 20.2 to 2

공업적으로 제작 가능한 발진기의 주파수는 출력에 따라 다르지만 현재 제작 기술상의 이유로 대략 5 ㎒ 정도로 한정되며, 표 1을 고려할 때 도가니의 직경은 40 ∼ 100 ㎝ 정도인 것이 바람직하다. 발진기의 주파수는 0.5 ∼ 5 ㎒ 정도가 바람직하다. 도가니의 직경이 40 ㎝ 보다 작으면 전술한 바와 같이 적정 주파수가 너무 커지게 되며, 100 ㎝ 보다 커지면 도가니가 너무 커서 매우 큰 파워가 필요하기 때문에 실용적이지 못하다. 고주파 가열을 위해 발진기에 설치되는 코일의 인덕턴스가 커지면 발진 주파수가 낮아지므로 도가니의 크기와 주파수를 적정하게 맞추는 것이 또한 필요하다.Although the frequency of the industrially manufactured oscillator varies depending on the output, it is limited to about 5 MHz for current production technology reasons, and considering the table 1, the diameter of the crucible is preferably about 40 to 100 cm. The frequency of the oscillator is preferably about 0.5 to 5 MHz. If the diameter of the crucible is smaller than 40 cm, the appropriate frequency becomes too large as described above, and if the crucible is larger than 100 cm, the crucible is too large and practically not necessary because very large power is required. As the inductance of the coil installed in the oscillator for high frequency heating increases, the oscillation frequency is lowered, so it is also necessary to properly adjust the size and frequency of the crucible.

지금까지의 기재는 본 발명을 구체화하는 실시예에 관한 것으로서, 본 발명의 권리범위를 한정하려는 취지는 아니다. 따라서 당업자들은 상기 실시예와 관련하여 기술된 구성에 대해 다양한 변형이나 변경이 가능함을 주목하여야 한다. 본 발명의 권리범위는 원칙적으로 후술하는 특허청구범위에 의하여 정하여진다.The description so far is directed to embodiments embodying the present invention, and is not intended to limit the scope of the present invention. Accordingly, those skilled in the art should note that various modifications or variations can be made to the configurations described in connection with the above embodiments. The scope of the invention is defined in principle by the claims that follow.

전술한 바와 같은 본 발명에 의하면 품질이 우수한 대형의 마그네시아 단결정을 제조할 수 있으며, 용융마그네시아 내화물 제조시에 응용하면 아크용융법에 비하여 전력원단위를 1/3정도로 감소할 수 있다.According to the present invention as described above, it is possible to produce a large-scale magnesia single crystal of excellent quality, and when applied to the production of molten magnesia refractory, the power source unit can be reduced by about 1/3 compared to the arc melting method.

Claims (5)

마그네시아의 결정을 성장시키는 방법에 있어서,In the method of growing the crystal of magnesia, 저온 도가니(cold crucible)의 중앙에 전기전도성 물질을 충진한 상태에서 분말 상태의 마그네시아를 상기 도가니에 충진하는 단계와,Filling the crucible with magnesia in a powder state while an electrically conductive material is filled in the center of a cold crucible; 상기 도가니 중앙의 전기전도성 물질에 고주파를 가열하여 상기 분말 상태의 마그네시아를 용융 상태의 마그네시아로 용융시키는 단계와,Melting the powdered magnesia into the molten magnesia by heating a high frequency to an electrically conductive material in the center of the crucible; 상기 도가니를 서서히 하강시키거나, Working Coil을 상승시켜 마그네시아의 결정을 성장시키는 단계와,Slowly lowering the crucible or raising working coils to grow magnesia crystals; 상기 결정 성장 단계에 의한 결정 성장의 완료 후에 상기 고주파의 파워를 하강시켜 상기 성장된 결정을 냉각시키는 단계를Cooling the grown crystals by lowering the power of the high frequency wave after completion of the crystal growth by the crystal growth step; 구비하며,Equipped, 상기 고주파에 의한 침투깊이가 상기 도가니 직경의 1/5 내지 1/20 이 되도록 상기 도가니의 직경을 설정하는 것을 특징으로 하는 마그네시아 결정의 성장 방법.The diameter of the crucible is set so that the penetration depth by the high frequency becomes 1/5 to 1/20 of the crucible diameter. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 마그네시아 용융 단계와 상기 용융 상태 유지 단계 사이에, 상기 도가니에 새로운 분말 상태의 마그네시아를 더 공급하고, 고주파 가열에 의해 용융 상태의 마그네시아로 용해시키는 단계를 더 구비한 것을 특징으로 하는 마그네시아결정의 성장 방법.Between the magnesia melting step and the molten state maintaining step, further supplying the crucible with a new powdery magnesia, and dissolving the magnesia in the molten state by high-frequency heating further comprising the growth of magnesia crystals Way. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 마그네시아 용해 단계에 의해 형성되는 스컬(skull)의 양상이 일정하도록 상기 분말 상태의 마그네시아의 입도(粒度)와 상기 분말 상태의 마그네시아의 충진 방법이 일정한 것을 특징으로 하는 마그네시아 결정의 성장 방법.The method of growing magnesia crystals, characterized in that the particle size of the magnesia in the powder state and the filling method of the magnesia in the powder state are constant so that the pattern of the skull formed by the magnesia dissolving step is constant. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 고주파의 주파수는 0.5 내지 5 ㎒ 인 것을 특징으로 하는 마그네시아 결정의 성장 방법.The frequency of the high frequency is 0.5 to 5 MHz, characterized in that the growth method of magnesia crystals. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 도가니의 직경은 40 내지 100 ㎝ 인 것을 특징으로 하는 마그네시아 결정의 성장 방법.The crucible has a diameter of 40 to 100 cm, characterized in that the growth of magnesia crystals.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS55136199A (en) * 1979-04-12 1980-10-23 Fujitsu Ltd Vapor phase growing method for magnesia spinel
JPH05170430A (en) * 1991-12-26 1993-07-09 Kurosaki Refract Co Ltd Production of magnesia single crystal

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