MD575Z

MD575Z - Procedeu de recristalizare a firului de bismut în izolaţie de sticlă

Info

Publication number: MD575Z
Application number: MDS20120020A
Authority: MD
Inventors: Альбина НИКОЛАЕВА; Павел БОДЮЛ; Леонид КОНОПКО; Анна ЦУРКАН; Иван СТИЧ
Original assignee: ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРОННОЙ ИНЖЕНЕРИИ И НАНОТЕХНОЛОГИЙ "D. Ghitu" АНМ
Priority date: 2012-01-31
Filing date: 2012-01-31
Publication date: 2013-07-31
Also published as: MD575Y

Abstract

Invenţia se referă la domeniul de producere a materialelor termoelectrice cu anizotropie direcţionată, şi anume la un procedeu de recristalizare a firului de bismut în izolaţie de sticlă.Procedeul, conform invenţiei, constă în aceea că un capăt al firului de bismut se încălzeşte până la temperatura de topire, cu formarea unei zone topite foarte înguste. Zona menţionată se aduce în contact cu un germene monocristalin rece sub formă de fir de diametru mai mare, cu axa cristalografică C3 direcţionată de-a lungul axei firului, de la care zona topită se recristalizează, preluând direcţia axelor cristalografice ale germenelui monocristalin. Topirea şi recristalizarea firului de bismut se efectuează treptat, de la capătul de contact cu suprafaţa germenelui până la celălalt capăt al lui.

Description

Invenţia se referă la domeniul de producere a materialelor termoelectrice cu anizotropie direcţionată, şi anume la un procedeu de recristalizare a firului de bismut în izolaţie de sticlă.

Este cunoscut procedeul de creştere a monocristalelor din masa topită prin tragerea monocristalului cu ajutorul unui germene de cristalizare, care efectuează o mişcare pe direcţie orizontală. Procesul de creştere a monocristalului are loc într-o luntre de cuarţ, care se află într-o fiolă, din care este evacuat aerul, situată pe suport orizontal. Zona topită în luntrea de cuarţ, care asigură iniţial omogenizarea materialului, este deplasată cu o viteză mică constantă cu un număr par de deplasări complete de la un capăt la alt capăt al fiolei. Ultima deplasare a zonei topite are loc după contactul cu germenele de cristalizare, care este începutul creşterii monocristalului de orientare cristalografică corespunzătoare [1].

Dezavantajul acestui procedeu constă în aceea că în urma prelucrării mecanice în interiorul materialului obţinut pot apărea unele defecte atomare, care pot înrăutăţi proprietăţile lui fizice. Pe lângă aceasta, procedeul este dificil de aplicat la firele în izolaţie de sticlă.

În calitate de cea mai apropiată soluţie serveşte procedeul de recristalizare laser, care constă în aceea că pe un suport orizontal din sticlă organică se fixează un fir din aliaj de bismut-staniu în izolaţie de sticlă. Firul se încălzeşte cu un fascícul laser până la o temperatură, ce depăşeşte temperatura de topire a materialului. În urma recristalizării se obţin fire de bismut-staniu cu axa trigonală C3 orientată de-a lungul axei firului [2].

Dezavantajele acestui procedeu constau în aceea că pot fi prelucrate fire de lungimi foarte mici, procesul este complex din cauza diferenţei dintre diametrul firului monocristalin şi diametrul fasciculului laser, ca rezultat se obţin fire cu axa cristalografică C3 direcţionată de-a lungul axei firului cu o precizie joasă.

Problema tehnică pe care o rezolvă invenţia constă în mărirea preciziei de obţinere a firului de bismut în izolaţie de sticlă cu axa cristalografică C3 direcţionată de-a lungul axei firului.

Problema se soluţionează prin aceea că procedeul de recristalizare a firului de bismut în izolaţie de sticlă constă în aceea că un capăt al firului de bismut se încălzeşte până la temperatura de topire, cu formarea unei zone topite foarte înguste, care se aduce în contact cu un germene monocristalin rece sub formă de fir de diametru mai mare, cu axa cristalografică C3 direcţionată de-a lungul axei firului, de la care zona topită se recristalizează, preluând direcţia axelor cristalografice ale germenelui monocristalin. Totodată topirea şi recristalizarea firului de bismut se efectuează treptat, de la capătul de contact cu suprafaţa germenelui până la celălalt capăt al lui.

Rezultatul tehnic este condiţionat de faptul că la topirea firului de bismut şi aducerea în contact cu o suprafaţă rece a unui germene monocristalin masiv de diametru mai mare se cedează o parte din energia termică a topiturii şi la suprafaţa de contact începe procesul de recristalizare cu preluarea direcţiilor axelor cristalografice ale germenelui monocristalin. Dacă la suprafaţa de contact axa cristalografică C3 a germenelui monocristalin este orientată de-a lungul axei firului, iar zona topită se deplasează de la capătul de contact cu suprafaţa germenelui până la celălalt capăt al firului, atunci direcţiile axelor cristalografice ale germenelui se vor păstra pe toată lungimea firului de bismut recristalizat. Astfel, la încălzirea firului cu o microsobă, ce poate să se deplaseze de-a lungul lui, topirea şi recristalizarea firului de bismut pot fi efectuate treptat, de la capătul de contact cu suprafaţa germenelui până la celălalt capăt al lui.

Invenţia se explică cu ajutorul desenelor din fig. 1-2, care reprezintă:

- fig. 1, instalaţia de recristalizare zonală orizontală,

- fig. 2, diagrama unghiulară de rotaţie a magnetorezistenţei transversale a firului de bismut recristalizat.

Instalaţia de recristalizare zonală orizontală este reprezentată în fig. 1, unde 1 este capătul firului de bismut în izolaţie de sticlă, 2 - zona topită a firului de bismut în izolaţie de sticlă, 3 - firul de bismut, 4 - orientarea iniţială a axelor cristalografice ale firului de bismut în izolaţie de sticlă, 5 - axa firului de bismut, 6 - germene monocristalin, 7 - orientarea axelor cristalografice ale germenelui monocristalin, 8 - firul de bismut recristalizat, 9 - microsoba cu posibilitatea de deplasare de-a lungul firului.

Exemplu de realizare a invenţiei

Un capăt al firului de bismut de 15 µm obţinut după metoda Ulitovski, la care axa cristalografică C3 nu coincide cu axa firului, se topeşte cu ajutorul unei microsobe (9). Prin încălzire treptată se formează o zonă topită foarte îngustă. Soba este întărită pe un suport, care are posibilitatea de a se deplasa orizontal de la germenele monocristalin de-a lungul firului de bismut. Viteza de deplasare a zonei topite este de 5 cm/oră. Zona topită se aduce în contact cu o suprafaţă rece a germenelui monocristalin de diametru mai mare de 50 µm, la care axa cristalografică C3 este orientată de-a lungul axei firului. Procesul de obţinere a contactului este supravegheat la microscop. Ca rezultat al contactului cu suprafaţa rece zona topită cedează germenelui o parte din energia termică şi la suprafaţa de contact a germenelui începe procesul de recristalizare a firului cu preluarea direcţiilor axelor cristalografice (7) ale germenelui.

La amplasarea firului de bismut recristalizat şi a germenelui monocristalin în câmp magnetic diagramele unghiulare de rotaţie ale rezistenţei electrice sunt identice şi caracterizate printr-o simetrie de ordinul trei, cu o perioadă de simetrie de 60° (fig. 2). Astfel, firul de bismut recristalizat are orientaţia cristalografică C3 de-a lungul axei firului.

În aşa mod pot fi prelucrate firele cu diametrul de 1...20 µm obţinute prin metoda Ulitovski. Astfel se obţin fire cu axa cristalografică C3 direcţionată de-a lungul axei firului cu proprietăţi fizice prestabilite. În calitate de germene monocristalin se aleg fire monocristaline cu diametrul de 50...60 µm, la care axa cristalografică C3 este direcţionată de-a lungul axei firului.

1. Пфанн В. Зонная плавка. Мир, Москва, 1970, с. 246-251

2. Nikolaeva A., Moloşnic E., Para G., Vieru S., Botnari O. Proprietăţile firelor monocristaline de Bi-Sn cu axa C3 orientată în lungul fibrei. Conferinţa fizicienilor din Moldova, Chişinău, 2007, p. 32 (regăsit în Internet la 2012.05.17) <URL: sfm.asm.md/cfm2007/abstracts%20CFM2007.pdf>

Claims

Procedeu de recristalizare a firului de bismut în izolaţie de sticlă, care constă în aceea că un capăt al firului de bismut se încălzeşte până la temperatura de topire, cu formarea unei zone topite foarte înguste, care se aduce în contact cu un germene monocristalin rece sub formă de fir de diametru mai mare, cu axa cristalografică C3 direcţionată de-a lungul axei firului, de la care zona topită se recristalizează, preluând direcţia axelor cristalografice ale germenelui monocristalin, totodată topirea şi recristalizarea firului de bismut se efectuează treptat, de la capătul de contact cu suprafaţa germenelui până la celălalt capăt al lui.