PL224060B1 - Sposób wytwarzania cienkowarstwowych kompozytów eutektycznych - Google Patents
Sposób wytwarzania cienkowarstwowych kompozytów eutektycznychInfo
- Publication number
- PL224060B1 PL224060B1 PL398481A PL39848112A PL224060B1 PL 224060 B1 PL224060 B1 PL 224060B1 PL 398481 A PL398481 A PL 398481A PL 39848112 A PL39848112 A PL 39848112A PL 224060 B1 PL224060 B1 PL 224060B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- temperature
- layer
- eutectic
- plate
- radiator
- Prior art date
Links
- 230000005496 eutectics Effects 0.000 title claims abstract description 56
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 9
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title abstract description 3
- 239000010409 thin film Substances 0.000 title description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 63
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 54
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 26
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 18
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims abstract description 17
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 17
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims abstract description 12
- 238000007713 directional crystallization Methods 0.000 claims abstract description 11
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 claims abstract description 7
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 claims abstract description 7
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 12
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 12
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 7
- 239000012768 molten material Substances 0.000 claims description 7
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 4
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 4
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims description 4
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 claims description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims description 2
- 229910003465 moissanite Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims description 2
- 239000010453 quartz Substances 0.000 claims description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 2
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims 3
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims 1
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 5
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 5
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 5
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- WMWLMWRWZQELOS-UHFFFAOYSA-N bismuth(iii) oxide Chemical compound O=[Bi]O[Bi]=O WMWLMWRWZQELOS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 4
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 4
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 3
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 3
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 description 3
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000000374 eutectic mixture Substances 0.000 description 2
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 239000004570 mortar (masonry) Substances 0.000 description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 description 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002367 SrTiO Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- ZMIGMASIKSOYAM-UHFFFAOYSA-N cerium Chemical compound [Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce] ZMIGMASIKSOYAM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 230000015654 memory Effects 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B21/00—Unidirectional solidification of eutectic materials
- C30B21/02—Unidirectional solidification of eutectic materials by normal casting or gradient freezing
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B11/00—Single-crystal growth by normal freezing or freezing under temperature gradient, e.g. Bridgman-Stockbarger method
- C30B11/005—Single-crystal growth by normal freezing or freezing under temperature gradient, e.g. Bridgman-Stockbarger method by irradiation or electric discharge
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
- C30B29/16—Oxides
- C30B29/22—Complex oxides
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
Abstract
Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania cienkowarstwowych kompozytów eutektycznych mających zastosowanie zwłaszcza w fotonice, fotoelektrochemii i fotowoltaice. Sposób wytwarzania polega na tym, że materiał (7) o składzie eutektycznym umieszcza się na płytce podłożowej (8) w urządzeniu do kierunkowej krystalizacji i topi się w temperaturze co najmniej równej temperaturze eutektycznej, a następnie w objętości stopionego materiału (7) obniża się temperaturę poniżej temperatury eutektycznej, przy czym gradient temperatury pomiędzy dolną i górną powierzchnią warstwy materiału (7) podczas procesu krystalizacji jest prostopadły do powierzchni płytki podłożowej (8).
Description
Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania cienkowarstwowych kompozytów eutektycznych mających zastosowanie zwłaszcza w fotonice, fotoelektrochemii i fotowoltaice.
Wytwarzanie kompozytów eutektycznych polega na podgrzaniu mieszaniny o składzie eutektycznym do temperatury topnienia i następnie ochłodzeniu w tempie umożliwiającym zajście krystalizacji.
Mechanizm powstawania mikrostruktur eutektycznych jest dokładnie opisany tylko dla eutektyków metalicznych - metal/metal. Dla eutektyków zawierających jako jedną z faz związki tlenkowe, nie są znane warunki, zapewniające wzrost uporządkowanych i ukierunkowanych struktur. W przypadku eutektyków innych niż metal-metal bardzo trudno jest przewidzieć mikrostrukturę danego eutektyku, dodatkowo dla wielu interesujących połączeń materiałów nie są znane układy fazowe, mówiące o składzie mieszaniny tworzącej eutektyk oraz o temperaturze topnienia tak powstałego materiału.
W publikacjach F.R.Mollard i M.C.Flemings, Trans. AIME (1967), 10, 1534, oraz R.L. Ashbrook, J. Am. Cer. Soc. (1977), 60, 428, opisane są teoretyczne rozważania, zgodnie z którymi warunkiem wzrostu uporządkowanej struktury eutektyku jest jednoczesne zachowanie płaskiej granicy kryształ/roztop, dużego gradientu temperatury, małej prędkości wzrostu i braku konwekcji.
Jednak w znanych metodach otrzymywania kompozytów eutektycznych, jednoczesne spełnienie tych warunków w praktyce jest bardzo trudne.
Z publikacji J. L. Llorca i V. M. Orera, Progress in Mat. Sci. (2006), 51, 711, A.Yoshikava i in., J. Cryst. Growth (2000), 218, 67, oraz K. Kołodziejak i in. Opto-Electr. Rev.(2006), 14 (3), 205, znane są prace nad uzyskaniem tlenkowych kompozytów eutektycznych metodą mikrowyciągania. Metoda ta jednak nie spełnia warunku braku konwekcji, jak również nie pozwala na otrzymanie cienkowarstwowych kompozytów.
Z publikacji A. Larrea i in., J. Eur. Ceram. Soc. (2002), 22, 191 znana jest jedyna jak dotąd metoda otrzymywania warstw eutektycznych z materiałów tlenkowych, polegająca na przetapianiu materiału wiązką laserową. Metoda ta jednak nie pozwala na uzyskanie warstw o uporządkowanej strukturze ze względu na przesuwanie strefy stopionej równolegle do podłoża. Granica kryształ/roztop nie jest płaska i w związku z tym krystalizacja, która jest zawsze prostopadła do granicy, nie jest jednokierunkowa.
Sposób według wynalazku umożliwia uzyskanie ukierunkowanych struktur eutektycznych metal-dielektryk i dielektryk-dielektryk w postaci cienkich warstw o homogenicznej mikro- lub nanostrukturze przy wykorzystaniu mechanizmu kierunkowej krystalizacji.
Sposób według wynalazku polega na tym, że materiał o składzie eutektycznym umieszcza się na płytce podłożowej w urządzeniu do kierunkowej krystalizacji i topi się w temperaturze co najmniej równej temperaturze eutektycznej, a następnie w objętości stopionego materiału obniża się temperaturę poniżej temperatury eutektycznej, korzystnie aż do temperatury otoczenia, przy czym gradient temperatury pomiędzy dolną i górną powierzchnią warstwy materiału podczas procesu krystalizacji jest prostopadły do powierzchni płytki podłożowej.
Na płytkę podłożową nanosi się materiał o składzie eutektycznym, korzystnie w postaci proszku lub uprzednio sprasowany do postaci tabletek, najkorzystniej o średnicy 5-8 mm i grubości 0,1-0,5 mm. Sprasowanie zapewnia dużą gęstość materiału wsadowego i odpowiedni kształt próbek.
Temperaturę w objętości warstwy eutektycznej stopionego materiału korzystnie obniża się liniowo lub skokowo w czasie w kierunku od dolnej do górnej powierzchni warstwy tak, że górna powierzchnia warstwy ma wyższą temperaturę od dolnej, dzięki czemu w warstwie wytwarza się gradient temperatury skierowany prostopadle od podłoża do górnej powierzchni próbki, dając jednorodną uporządkowaną mikro- lub nanostrukturę.
W przypadku, gdy tą temperaturę obniża się liniowo lub skokowo w czasie w kierunku od górnej do dolnej powierzchni warstwy tak, że dolna powierzchnia warstwy ma wyższą temperaturę od górnej, w warstwie wytwarza się gradient temperatury skierowany prostopadle od górnej powierzchni warstwy do podłoża, czyli o przeciwnym zwrocie, dając również jednorodną uporządkowaną mikro- lub nanostrukturę.
Jako płytkę podłożową stosuje się płytkę z materiału o temperaturze topnienia wyższej od temperatury eutektycznej krystalizowanego materiału, korzystnie z wysokotopliwego metalu. Płytka podłożowa korzystnie może być również wykonana z krzemu, kwarcu, SiC lub z wysokotopliwego materiału ceramicznego, najkorzystniej typu AI2O3 lub ZrO2 o grubości nie większej niż 0,5 mm.
Jako materiał poddany krystalizacji kierunkowej korzystnie stosuje się mieszaninę tlenków metali o składzie eutektycznym lub mieszaninę eutektyczną tlenek metalu-metal.
PL 223 060 B1
Płytkę podłożową z wyjściowym materiałem umieszcza się w urządzeniu do kierunkowej krystalizacji, składającego się korzystnie z wysokotemperaturowego promiennikowego układu grzejnego, systemu załadunku próbek materiału, komory próżnioszczelnej, systemu pomp próżniowych, systemu przepływu gazów technologicznych oraz systemu sterowania zasilaniem, mocą promienników i przepływem gazów technologicznych.
Płytkę podłożową z naniesionym materiałem wprowadza się korzystnie do wysokotemperaturowego promiennikowego układu grzejnego w obszar pomiędzy dwa umieszczone współosiowo promienniki halogenowe górny i dolny, ogrzewające płytkę z materiałem od góry i od dołu, w ogniska ich elipsoidalnych reflektorów, przy czym w jednym z ognisk każdego reflektora zlokalizowany jest żarnik, najkorzystniej wolframowy. Energia wypromieniowana przez żarnik koncentruje się w otoczeniu drugiego ogniska elipsoidalnego reflektora na powierzchni o średnicy około 10 mm. Energia wypromieniowana przez obydwa promienniki skupia się w tym samym miejscu przestrzeni w ogniskach reflektorów, gdzie umieszczona jest płytka z warstwą materiału. Maksymalna temperatura wolframowego żarnika to około 2300°C. To umożliwia osiągnięcie temperatur do około 2000°C na powierzchni próbki o średnicy około 10 mm.
Temperaturę w objętości warstwy materiału na płytce reguluje się korzystnie poprzez włączenie, wyłączenie lub ograniczenie mocy dolnego i/lub górnego promiennika.
Po stopieniu materiału dla wytworzenia odpowiedniego gradientu temperatury w materiale pomiędzy płytkę a dolny lub górny promiennik korzystnie wprowadza się ruchomy ekran wykonany z wysokotopliwego materiału, najkorzystniej ze stali kwasoodpornej, dzięki czemu odcięta zostaje energia promieniowana przez stygnący żarnik. W czasie nagrzewania płytki ekran wysuwa się poza grzany obszar.
Wysokotemperaturowy promiennikowy układ grzejny i system załadunku próbek materiału do obszaru ognisk reflektorów umieszcza się korzystnie w komorze próżnioszczelnej, umożliwiającej programowe dozowanie gazu technologicznego w celu zapewnienia odpowiedniej atmosfery podczas przeprowadzania procesu.
Jako gaz technologiczny stosuje się korzystnie azot lub argon o wysokiej czystości. W przypadku stosowania materiałów tego wymagających komorę próżnioszczelną wypełnia się atmosferą redukującą zawierającą wodór lub atmosferą utleniającą.
Topienie materiału przeprowadza się korzystnie przy jednoczesnym grzaniu górnym i dolnym promiennikiem. Moc promienników dobiera się w zależności od temperatury topnienia warstwy stosowanego materiału, tak aby materiał w całej objętości uległ stopieniu, korzystnie tak, aby moc dolnego lub górnego promiennika była niższa od mocy odpowiednio górnego lub dolnego promiennika o około 5-20%, w zależności od materiału topionego. Zapewnia to niższą temperaturę dolnej lub odpowiednio górnej powierzchni próbki i płytki podłożowej, co ma istotne znaczenie dla dalszej kierunkowej krystalizacji.
Po stopieniu całej objętości warstwy materiału wyłącza się dolny lub górny promiennik, a pomiędzy płytkę i ten promiennik wprowadza się korzystnie ekran odcinający dopływ ciepła. W topionym materiale wytwarza się dzięki temu gradient temperatury w kierunku prostopadłym do płytki podłożowej i następuje proces krystalizacji przebiegający od dolnej do górnej powierzchni warstwy lub w kierunku odwrotnym. Następnie wyłącza się drugi promiennik. Dzięki temu szybkość stygnięcia płytki podłożowej o grubości 0,2 mm w początkowym okresie osiąga wartość około 1000°C/s. Układ zasilania obu promienników umożliwia niezależne stopniowe zmniejszanie mocy promienników, co pozwala na modyfikację parametrów procesu. Możliwe jest również jednoczesne wyłączenie obu promienników.
Sposób według wynalazku umożliwia uzyskanie ukierunkowanych struktur eutektycznych metal-dielektryk i dielektryk-dielektryk w postaci cienkich warstw o homogenicznej i ukierunkowanej mikroi nanostrukturze.
Sposób według wynalazku może być również wykorzystywany do badania mieszanin związków interesujących z punktu widzenia właściwości elektromagnetycznych oraz zastosowań w fotonice, fotoelektrochemii i fotowoltaice pod kątem uzyskania informacji czy tworzą eutektyk, jak też badania geometrii mikro- lub nanostruktur badanego eutektyku.
Podane niżej przykłady przedstawiają sposób według wynalazku w konkretnych przypadkach jego wykorzystania, nie ograniczając zakresu jego stosowania, w oparciu o rysunek przedstawiający przykładowy schemat wysokotemperaturowego promiennikowego układu grzejnego.
P r z y k ł a d 1 g mieszaniny tlenków ZnO i WO3 o stosunku molowym 65:35 miesza się dokładnie w mieszalniku mechanicznym, po czym poddaje wygrzewaniu w temperaturze 300°C w czasie 5 godz.
PL 224 060 B1
Otrzymuje się proszkową mieszaninę tlenków o składzie eutektycznym ZnO-ZnWO4. Wsypuje się ją do formy metalowej o średnicy wewnętrznej 6 mm. Po sprasowaniu w prasie uzyskuje się tabletkę o średnicy 6 mm i grubości 0,5 mm. Tak przygotowany materiał 7 umieszcza się na płytce podłożowej 8, wykonanej z platyny, o średnicy 10 mm. Płytkę 8 ze sprasowanym materiałem 7 ZnO-ZnWO4 umieszcza się w komorze próżnioszczelnej nieuwidocznionej na rysunku, pomiędzy dwoma elipsoidalnymi reflektorami 3, 4 promienników górnego i dolnego. W jednym z ognisk reflektora 3 górnego i reflektora 4 dolnego zlokalizowane są dwa wolframowe żarniki 2 i 5, osłonięte od zewnątrz osłonami 1 i 6, promiennika górnego i dolnego.
Po zamknięciu komory i napełnieniu jej azotem, płytkę 8 wprowadza się w obszar ognisk reflektorów 3 i 4 i rozpoczyna się proces krystalizacji. W pierwszym etapie włącza się jednocześnie górny i dolny promiennik 1, 2, 3 i 4, 5, 6 w trybie szybkiego rozgrzewania aż do stopienia mieszaniny eutektycznej ZnO-ZnWO4. Moc dolnego promiennika jest o 10% niższa od mocy górnego promiennika. Temperatura punktu eutektycznego wynosi 1187°C. Po 30 sek wyłącza się dolny promiennik 4, 5, 6, a jednocześnie pomiędzy płytkę podłożową 8 i dolny promiennik 4, 5, 6 wprowadza się ekran 9, ze stali kwasoodpornej celem maksymalnego zmniejszenia dopływu ciepła od spodu do krystalizowanego materiału 7. W tym etapie następuje krystalizacja kierunkowa w stopionej warstwie eutektycznej. Po 10 sek włącza się tryb liniowego zmniejszania mocy górnego promiennika 1, 2, 3 do wartości 0% mocy w czasie 30 sek.
Tak otrzymuje się kierunkowo wykrystalizowaną warstwę eutektyczną ZnO-ZnWO4. Faza ZnO wydziela się w postaci ukierunkowanych z dołu do góry prostopadle do płytki podłożowej 8 lameli o wymiarach submikronowych. Jest to materiał półprzewodnikowy, który po domieszkowaniu jonami magnetycznymi, posiada własności półmagnetyczne. Materiał ten może być zastosowany do budowy trwałych pamięci o swobodnym dostępie MRAM.
P r z y k ł a d 2 g mieszaniny SrO i TiO2 w stosunku molowym 78% mol TiO2 i 22% mol SrO miesza się dokładnie w mieszalniku mechanicznym., a następnie wsypuje się do formy metalowej o średnicy wewnętrznej 8 mm. Po sprasowaniu w prasie otrzymuje się tabletkę o średnicy 8 mm i grubości 0,5 mm. Tak przygotowany materiał 7 umieszcza się na płytce podłożowej 8 o średnicy 10 mm wykonanej z ceramiki AI2O3. Dalej postępuje się tak, jak w przykładzie 1. Temperatura punktu eutektycznego wynosi 1440°C. Po 60 sek od stopienia mieszaniny eutektycznej wyłącza się dolny promiennik 4, 5, 6, wprowadzając jednocześnie pomiędzy płytkę podłożową 8 i dolny promiennik 4, 5, 6 ekran 9 ze stali kwasoodpornej, celem maksymalnego zmniejszenia dopływu ciepła do krystalizowanego materiału 7 od spodu. W stopionej warstwie eutektycznej następuje krystalizacja kierunkowa. Po 10 sek włącza się tryb liniowego zmniejszania mocy górnego promiennika 1, 2, 3 do wartości 0% mocy w czasie 40 sek.
Otrzymuje się warstwę ukierunkowanej prostopadle do podłoża eutektyki SrTiO3-TiO2 o grubości około 300 μm, na podłożu ceramicznym. Układ ten może znaleźć zastosowanie jako anoda do ogniw fotowoltaicznych.
P r z y k ł a d 3 g mieszaniny tlenków AI2O3 oraz Pr2O3 o czystości 99,995% w stosunku molowym 79,3% AI2O3 i 20,7% Pr2O3 rozcieńcza się w 5 g izopropanolu. Roztwór miesza się dokładnie w mieszalniku mechanicznym, a następnie suszy się w temperaturze 100°C w czasie 3 godz. Otrzymaną mieszaninę proszkową wsypuje się do formy metalowej o średnicy wewnętrznej 8 mm. Po sprasowaniu w prasie uzyskuje się tabletkę o średnicy 8 mm i grubości 0,5 mm. Tak przygotowany materiał 7 umieszcza się na płytce podłożowej 8 o średnicy 10 mm wykonanej z ZrO2. Dalej postępuje się tak, jak w przykładzie 1, z tą różnicą, że moc dolnego promiennika jest niższa od mocy górnego o 8%. Temperatura punktu eutektycznego wynosi 1800°C. Po 60 sek od stopienia wsadu wyłącza się dolny promiennik 4, 5, 6, a jednocześnie pomiędzy płytkę podłożową 8 i dolny promiennik 4, 5, 6 wprowadza się ekran 9 ze stali kwasoodpornej. W stopionej warstwie eutektycznej następuje krystalizacja kierunkowa. Po 5 sek włącza się tryb liniowego zmniejszania mocy górnego grzejnika 1, 2, 3 do wartości 0% mocy w czasie 30 sek.
Otrzymuje się eutektykę PrAlO3-PrAl11O18 w postaci włókien PrAlO3 o średnicy kilkuset nanometrów zanurzonych w matrycy PrAl11O18. Włókna są ukierunkowane prostopadle do płytki podłożowej 8. Grubość warstwy kompozytu eutektycznego wynosi 0,5 mm. Kompozycja eutektyki na podłożu ZrO2 jest układem wyjściowym do dalszych procesów technologicznych, w wyniku których otrzymuje się metalodielektryczną strukturę, mającą zastosowanie jako czujnik plazmonowy.
PL 223 060 B1
P r z y k ł a d 4 g mieszaniny Bi2O3 i Ag o stosunku molowym 81,63% mol Bi2O3 i 18,37% mol Ag rozciera się w moździerzu agatowym. Następnie dodaje się 5 ml izopropanolu w celu zmniejszenia aglomeracji cząsteczek mieszaniny. Po dokładnym wymieszaniu materiał wraz z moździerzem poddaje się wygrzewaniu w czasie 2 godzin w temperaturze 100°C dla odparowania izopropanolu. Następnie tak otrzymany proszek umieszcza się na płytce podłożowej 8 o średnicy 10 mm wykonanej z platyny. Dalej postępuje się tak, jak w przykładzie 1, z tą różnicą, że moc dolnego promiennika jest równa mocy górnego promiennika. Temperatura punktu eutektycznego wynosi 687°C. Po 20 sek od stopienia wyłącza się dolny promiennik 4, 5, 6 a jednocześnie pomiędzy płytkę podłożową 8 i dolny promiennik 4, 5, 6 wprowadza się ekran 9 ze stali kwasoodpornej. W stopionej warstwie eutektycznej następuje krystalizacja kierunkowa. Po 10 sek wyłącza się górny promiennik 1, 2, 3 do wartości 0% mocy w trybie szybkiego studzenia.
Otrzymuje się eutektyczną metalodielektryczną kompozycję Bi2O3-Ag, w której faza srebra wydziela się w postaci trójkątów o rozmiarach submikronowych. Otrzymany eutektyk wykazuje efekt rezonansu plazmonowego w widzialnym lub podczerwonym zakresie widma. Efekt ten może być wykorzystany w konstrukcji ogniw słonecznych, sensorach, laserach i innych urządzeniach wykorzystuj ących zjawiska fotoniczne.
Claims (20)
1. Sposób wytwarzania cienkowarstwowych kompozytów eutektycznych, znamienny tym, że materiał (7) o składzie eutektycznym umieszcza się na płytce podłożowej (8) w urządzeniu do kierunkowej krystalizacji i topi się w temperaturze co najmniej równej temperaturze eutektycznej, a następnie w objętości stopionego materiału (7) obniża się temperaturę poniżej temperatury eutektycznej, korzystnie aż do temperatury otoczenia, przy czym gradient temperatury pomiędzy dolną i górną powierzchnią warstwy materiału (7) podczas procesu krystalizacji jest prostopadły do powierzchni płytki podłożowej (8).
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że na płytce podłożowej (8) umieszcza się materiał (7) uprzednio sprasowany do postaci tabletek.
3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że na płytkę podłożową (8) nanosi się materiał (7) w postaci proszku.
4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako materiał (7) stosuje się mieszaninę tlenków metali o składzie eutektycznym.
5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako materiał (7) stosuje się mieszaninę tlenek metalu-metal o składzie eutektycznym.
6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako płytkę podłożową (8) stosuje się płytkę z wysokotopliwego metalu.
7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako płytkę podłożową (8) stosuje się płytkę z krzemu, z kwarcu, z SiC lub z wysokotopliwego materiału ceramicznego, korzystnie typu AI2O3 lub ZrO2, o grubości nie większej niż 0,5 mm.
8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że temperaturę w objętości warstwy eutektycznej stopionego materiału (7) obniża się liniowo w czasie w kierunku od dolnej do górnej powierzchni warstwy tak, że górna powierzchnia warstwy ma wyższą temperaturę od dolnej.
9. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że temperaturę w objętości warstwy eutektycznej stopionego materiału (7) obniża się skokowo w czasie w kierunku od dolnej do górnej powierzchni warstwy tak, że górna powierzchnia warstwy ma wyższą temperaturę od dolnej.
10. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że temperaturę w objętości warstwy eutektycznej stopionego materiału (7) obniża się liniowo w czasie w kierunku od górnej do dolnej powierzchni warstwy tak, że dolna powierzchnia warstwy ma wyższą temperaturę od górnej.
11. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że temperaturę w objętości warstwy eutektycznej stopionego materiału (7) obniża się skokowo w czasie w kierunku od górnej do dolnej powierzchni warstwy tak, że dolna powierzchnia warstwy ma wyższą temperaturę od górnej.
12. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że płytkę (8) z materiałem (7) umieszcza się w urządzeniu do kierunkowej krystalizacji, składającego się z wysokotemperaturowego promienniko6
PL 224 060 B1 wego układu grzejnego, systemu załadowania próbek materiału (7), komory próżnioszczelnej, systemu gazów technologicznych oraz układu sterowania zasilaniem, mocą promienników i przepływem gazów technologicznych.
13. Sposób według zastrz. 1 albo 12, znamienny tym, że płytkę podłożową (8) z materiałem (7) wprowadza się do wysokotemperaturowego promiennikowego układu grzejnego w obszar pomiędzy dwa umieszczone współosiowo promienniki halogenowe górny i dolny, w ogniska ich elipsoidalnych reflektorów (3, 4), przy czym w jednym z ognisk każdego z reflektorów (3, 4) zlokalizowany jest żarnik (2, 5), korzystnie wolframowy.
14. Sposób według zastrz. 1 albo 13, znamienny tym, że temperaturę w objętości warstwy materiału (7) na płytce (8) reguluje się poprzez włączenie, wyłączenie lub ograniczenie mocy dolnego i/lub górnego promiennika.
15. Sposób według zastrz. 1 albo 13, znamienny tym, że po stopieniu materiału (7) pomiędzy płytkę (8) a dolny lub górny promiennik wprowadza się ruchomy ekran (9) odcinający dopływ ciepła od dołu lub od góry.
16. Sposób według zastrz. 12, znamienny tym, że wysokotemperaturowy układ grzejny i system załadunku próbek materiału (7) do obszaru ognisk reflektorów (3, 4) umieszcza się w komorze próżnioszczelnej.
17. Sposób według zastrz. 16, znamienny tym, że komorę próżnioszczelną wypełnia się gazem technologicznym, korzystnie azotem lub argonem o wysokiej czystości.
18. Sposób według zastrz. 16, znamienny tym, że komorę próżnioszczelną wypełnia się atmosferą redukującą zawierającą wodór lub atmosferą utleniającą.
19. Sposób według zastrz. 13 albo 14, znamienny tym, że topienie materiału (7) przeprowadza się przy jednoczesnym grzaniu górnym i dolnym promiennikiem, przy czym moc promienników dobiera się w zależności od temperatury topnienia materiału.
20. Sposób według zastrz. 19, znamienny tym, że moc promienników dobiera się tak, aby moc dolnego lub górnego promiennika była niższa od mocy odpowiednio górnego lub dolnego promiennika o około 5-20%.
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL398481A PL224060B1 (pl) | 2012-03-16 | 2012-03-16 | Sposób wytwarzania cienkowarstwowych kompozytów eutektycznych |
| PL13158849T PL2639343T3 (pl) | 2012-03-16 | 2013-03-12 | Sposób wytwarzania cienkowarstwowych kompozytów eutektycznych |
| EP13158849.3A EP2639343B1 (en) | 2012-03-16 | 2013-03-12 | A method of manufacturing thin layers of eutectic composites |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL398481A PL224060B1 (pl) | 2012-03-16 | 2012-03-16 | Sposób wytwarzania cienkowarstwowych kompozytów eutektycznych |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL398481A1 PL398481A1 (pl) | 2013-09-30 |
| PL224060B1 true PL224060B1 (pl) | 2016-11-30 |
Family
ID=47877885
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL398481A PL224060B1 (pl) | 2012-03-16 | 2012-03-16 | Sposób wytwarzania cienkowarstwowych kompozytów eutektycznych |
| PL13158849T PL2639343T3 (pl) | 2012-03-16 | 2013-03-12 | Sposób wytwarzania cienkowarstwowych kompozytów eutektycznych |
Family Applications After (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL13158849T PL2639343T3 (pl) | 2012-03-16 | 2013-03-12 | Sposób wytwarzania cienkowarstwowych kompozytów eutektycznych |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP2639343B1 (pl) |
| PL (2) | PL224060B1 (pl) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| PL443229A1 (pl) * | 2022-12-21 | 2024-06-24 | Uniwersytet Warszawski | Plazmoniczny materiał eutektyczny domieszkowany jonami ziem rzadkich o wzmocnionej konwersji w górę oraz sposób jego otrzymywania |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| PL227901B1 (pl) * | 2013-06-27 | 2018-01-31 | Instytut Technologii Materialów Elektronicznych | Materiał eutektyczny, zwłaszcza metalodielektryczny |
| EP4556143A1 (en) * | 2023-09-15 | 2025-05-21 | Ensemble3 spolka z ograniczona odpowiedzialnoscia | Method of obtaining eutectic material in the form of microspheres and the material obtained by this method |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4498926A (en) * | 1981-03-20 | 1985-02-12 | General Electric Company | Method for producing eutectics as thin films using a laser device as a heat source |
-
2012
- 2012-03-16 PL PL398481A patent/PL224060B1/pl unknown
-
2013
- 2013-03-12 EP EP13158849.3A patent/EP2639343B1/en active Active
- 2013-03-12 PL PL13158849T patent/PL2639343T3/pl unknown
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| PL443229A1 (pl) * | 2022-12-21 | 2024-06-24 | Uniwersytet Warszawski | Plazmoniczny materiał eutektyczny domieszkowany jonami ziem rzadkich o wzmocnionej konwersji w górę oraz sposób jego otrzymywania |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PL2639343T3 (pl) | 2015-08-31 |
| EP2639343A1 (en) | 2013-09-18 |
| PL398481A1 (pl) | 2013-09-30 |
| EP2639343B1 (en) | 2015-01-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Allix et al. | Highly transparent BaAl4O7 polycrystalline ceramic obtained by full crystallization from glass | |
| Yuan et al. | In situ crystallization synthesis of CsPbBr3 perovskite quantum dot-embedded glasses with improved stability for solid-state lighting and random upconverted lasing | |
| Wang et al. | Nanocrystallization of lanthanide-doped KLu 2 F 7–KYb 2 F 7 solid-solutions in aluminosilicate glass for upconverted solid-state-lighting and photothermal anti-counterfeiting | |
| PL224060B1 (pl) | Sposób wytwarzania cienkowarstwowych kompozytów eutektycznych | |
| Fedorov et al. | Low‐temperature phase formation in the SrF2–LaF3 system | |
| González et al. | Emission of white-light in cubic Y4Zr3O12: Yb3+ induced by a continuous infrared laser | |
| CN109320092A (zh) | 一种卤化铅微晶复合硫系玻璃陶瓷材料及其制备方法 | |
| He et al. | The upconversion photoluminescence and temperature sensing abilities of Pb (Zn1/3Nb2/3) O3-9PbTiO3 crystals induced by Er3+/Yb3+ doping | |
| Wang et al. | Splendid cryogenic optical thermometry and rewritable photomemory based on the up-conversion luminescence of K 0.5 Bi 0.5 TiO 3: Er/In ceramic | |
| Kartini et al. | Anomalous temperature dependence of the first diffraction peak in the superionic glass (AgI) x (A g P O 3) 1− x | |
| Hu et al. | Nano‐confined growth of perovskite quantum dots in transparent nanoporous glass for luminescent chemical sensing | |
| Niu et al. | Highly efficient luminescent solar concentrators based on selective laser-induced crystallization in CsPbBr x Cl 3− x (x= 0–3) doped glass | |
| Wisniewski et al. | Macroscopic orientation domains grown via aerodynamic levitation: a path toward single crystals | |
| RU2687924C1 (ru) | Способ получения германата висмута Bi2Ge3O9 | |
| Chen et al. | Growth of lead molybdate crystals by vertical Bridgman method | |
| Sakamoto et al. | Fabrication of nanocomposite ceramics by crystallization of rapidly solidified eutectic melts | |
| CN105714376B (zh) | 高低温相硼酸锶镉晶体及制备方法和用途 | |
| Kuzmenko et al. | Erasable laser 3D printing of stable perovskite CsPbBr 3 nanocrystals in fluorophosphate glass | |
| De L'Eprevier et al. | Flux growth of bismuth tungstate, Bi2WO6 | |
| CN102517635B (zh) | 化合物锂钾磷氧和锂钾磷氧晶体及其制备方法 | |
| Plekhovich et al. | Preparation of Glass-Ceramics via Impregnation of Erbium-Doped Yttrium Aluminum Garnet with Molten BaO–B2O3–Bi2O3 Glass | |
| Buryi et al. | Synthesis of complex cesium lead bromide glass ceramics: Role of thermal plasma | |
| Philippen | Fiber crystal growth of cerium doped calcium scandate, strontium yttrium oxide, and tristrontium silicate | |
| Wang et al. | Self-powdering phenomenon of β′-RE2 (MoO4) 3 formed in crystallization of glasses and its mechanism (RE: Gd, Sm, Dy) | |
| Asadov et al. | Т–х Diagram of Section BiB3O6–YbBO3 |