Przedmiotem wynalazku jest sposób i urzadzenie do otrzymywania monokrysztalów wysokotopliwych tlenków metali dla celów elektroniki.Wedlug znanych sposobów, wysokotopliwe tlenki metali, zarówno proste, jak np.: A1203, jak i zlozone, np.: MgOAl203 w postaci monokrysztalów otrzymuje sie najczesciej w oparciu o metode Verneuila.W przypadku stosowania tej metody, przeznaczone do monokrystalizacji wysokotopliwe tlenki przygo¬ towuje sie w postaci sproszkowanej substancji i fluidalnie doprowadza sie w skierowany w dól plomien, najczesciej wodorowo-tlenowy. W plomie¬ niu sproszkowana substancja ulega stopieniu i w postaci drobnych kropelek kierowana jest na znaj¬ dujace sie ponizej, naprzeciwko palnika, podloze, w postaci osi z piedestalem i zarodzia, na którym osa¬ dzajac sie i ochladzajac nawarstwia sie do postaci monokrysztalu. Podlozu nadaje sie ruch obrotowy, co nadaje otrzymanemu monokrysztalowi wieksza doskonalosc strukturalna. W miare wzrostu podloze opuszcza sie w dól, aby wierzch rosnacego krysztalu stale znajdowal sie w tym samym obszarze plomie¬ nia.Metoda ta pozwala z duza wydajnoscia, z uwagi na rodzaj materialu, wyhodowac monokrysztal np.: A1203, Jak równiez krysztaly podobnych tlenków, nie rozkladajacych sie w procesie topnienia. Ale w wyhodowanym w ten sposób krysztale wystepuje szereg wad strukturalnych. Jedna z najistotniejszych z nich sa dyslokacje, które tworza sie w dosc du¬ zych koncentracjach.Skladaja sie na to nastepujace przyczyny: dys¬ persja sproszkowanego, trudnotopliwego tlenku me- talu nie jest dosc duza i jednakowa, w wyniku cze¬ go, ciekly tlenek znajdujacy sie na czole rosnacego krysztalu ulega „bombardowaniu" wiekszymi kro¬ pelkami, a doplyw materialu nie jest wystarczajaco równomierny; goracy strumien gazów spalinowych z koniecznosci turbulentny wywoluje gradienty tem¬ peratury w krysztale; w rosnacym krysztale przy jego stygnieciu wystepuja gradienty temperatury osiowe i radialne. Dwie ostatnie przyczyny mozna silnie zredukowac przez stosowanie odpowiednich oslon ceramicznych i konstrukcji palnika. Przyczy¬ na pierwsza jest scisle zwiazana z faktem stosowa¬ nia proszku ciala stalego.Niemoznosc calkowitego usuniecia wymienionych przyczyn niedoskonalosci krysztalu sprawila, ze mo- nokrysztaly wysokotopliwych tlenków metali i nie¬ metali o malej gestosci dyslokacji otrzymuje sie obecnie coraz czesciej metoda Czochralskiego. Me¬ toda ta nastrecza trudnosci w jej stosowaniu zwia¬ zane z tym, ze stopione tlenki metali i niemetali w temperaturze ich topnienia okolo 2000°C sa bar¬ dzo agresywne w stosunku do materialów tyglo¬ wych, tak ze ulegaja one szybko niszczeniu przez erozje i korozje. Ponadto metoda ta uniemozliwia krystalizacje krysztalów o stalym skladzie chemicz- nym w przypadku tlenków, które posiadaja w fazie 89 47589 475 cieklej inny sklad niz w fazie stalej, jak to ma miejsce dla tlenków zlozonych. W zwiazku z tym bardzo trudno jest uzyskac krysztaly zlozone spel¬ niajace warunek zachowania okreslonego skladu stechiometrycznego i jego jednolitosci. 5 Wzrastajace zapotrzebowanie na monokrysztaly prostych i zlozonych tlenków metali i niemetali, o duzej doskonalosci strukturalnej, a szczególnie o malej gestosci dyslokacji rzedu 104—103 cm-2 stwarza potrzebe znalezienia takiej metody i urza- 10 dzenia do jej stosowania, która pozwolilaby otrzy¬ mac zarówno krysztaly proste, jak i zlozone o ma¬ lych gestosciach dyslokacji i jednolitym w calym krysztale skladzie stechiometrycznym.W wyniku przeprowadzonych badan okazalo sie, i5 ze jes£ mozliwe otrzymanie monokrysztalu o wy¬ maganej strukturze jesli bedzie sie spalac koloid cieczy zawierajacej zwiazek chemiczny, który ulega utleniantlf 4na .odpowiedni tlenek. A mianowicie, zgodnie z wynalazkiem, w tlenie wytwarza sie ko- 2o loid odpowiedniego cieklego zwiazku metalu, ko¬ rzystnie alkoholanu glinu, acetyloacetonianu glinu lub ich roztworów, korzystnie w benzenie, przez rozpylenie tej cieczy w strumieniu wytlaczanego zawirowanego tlenu. Aerozol ten, po opuszczeniu 25 ukladu rozpylajacego spala sie, przy czym czastki odpowiedniego zwiazku o koloidalnym stopniu roz¬ drobnienia utleniaja sie z wytworzeniem tlenku, który topi sie pod wplywem wysokiej temperatury panujacej w plomieniu i w postaci aerozolu jest 30 niesiony w strumieniu gazów spalinowych na znane podloze z zarodzia, gdzie nastepuje monokrystaliza- cja. Do realizacji tego sposobu zostalo wykonane urzadzenie wedlug wynalazku, wyposazone w skie¬ rowany do dolu palnik — rozpylacz ze znajdujaca 35 sie w nim komora zawirowania tlenu, w której znajduje sie koniec lub sa konce kanalów tleno¬ wych, z ukierunkowanymi ich wylotami wedlug po¬ lozenia stycznej do obwodu komory. Objeta ta ko¬ mora wspólosiowa z nia dysza paliwowa wystaje 4Q poza krawedz wylotu tej komory i znajduje sie w wirujacym strumieniu wylatujacego wzdluz podluz¬ nej osi palnika tlenu.Pod palnikiem — rozpylaczem znajduje sie za- rodz krystalizacji, korzystnie w odleglosci 150 mm od palnika. Zaródz ta jest umiejscowiona na znanej podstawie przymocowanej do wspornika o postaci pionowo usytuowanej osi, która zaopatrzona jest w naped jej ruchu obrotowego i postepowego poosio¬ wego.Sposób i urzadzenie wedlug wynalazku umozli¬ wiaja uzyskanie najwiekszego technicznie mozli¬ wego stopnia rozdrobnienia stopionego tlenku, w duzym stopniu monodyspersyjnego. Sposób zapew¬ nia równiez równomiernosc dostarczania materialu 55 do krystalizacji niemozliwy do osiagniecia przy sto¬ sowaniu proszku dostarczanego fluidalnie. Jedno¬ czesnie oczyszczenie odpowiednich zwiazków wyj¬ sciowych, np.: alkoholanów glinu, mozna bardzo skutecznie i prosto przeprowadzic na drodze desty- 6Q lacji frakcjonowanej. Umozliwia to otrzymywanie monokrysztalu tlenku o maksymalnej czystosci che¬ micznej.A zatem sposób wedlug wynalazku umozliwia otrzymywanie monokrysztalów wysokotopliwych 65 50 tlenków metali i niemetali o wiekszej doskonalosci chemicznej i fizycznej niz monokrysztaly otrzymy¬ wane znanymi metodami.Jednoczesnie sposób wedlug wynalazku zachowu¬ je wszystkie zalety metody Verneuila, przede wszyst¬ kim mozliwosc otrzymywania monokrysztalów zlo¬ zonych tlenków, których sklad chemiczny w fazie cieklej jest inny niz w fazie stalej.W palniku wedlug wynalazku, spelniajacym takze role rozpylacza, wystepuje w nieznacznym tylko stopniu zjawisko osadzania sie na nim produktów spalania, wytwarzanych w aerozolu tlenku, który jest produktem nielotnym w temperaturze pokojo¬ wej.Natomiast w przypadku zastosowania do sposobu wedlug wynalazku znanych palników, przeznaczo¬ nych do spalania cieczy lotnych z lotnymi produk¬ tami spalania, nastapiloby bardzo intensywne osa¬ dzanie sie na ich wystajacych elementach, na dro¬ dze wyplywu paliwa, tlenku jako produktu spala¬ nia, prowadzace do zmiany geometrycznych para¬ metrów palnika i tym samym do zmiany warunków spalania, co w procesie monokrystalizacji jest nie¬ dopuszczalne.Okazalo sie jednak, ze nawet gdy dysza paliwowa jest wprowadzona osiowo do strumienia tlenu i wy¬ staje poza wszystkie elementy palnika, po dluzszym czasie palenia osadzaja sie produkty spalania na scianach dyszy i elementach palnika znajdujacych sie w najblizszym otoczeniu dyszy, a polozonych w tyle, za jej wylotem. Zjawisko to jest wynikiem wystepowania gradientów predkosci na granicy strumienia gazu i scianki dyszy paliwa oraz na granicy strumienia tlenu i otaczajacego powietrza.Gradienty te powoduja tworzenie sie takiego roz¬ kladu cisnien w obu warstwach przygranicznych, ze nastepuje wolne przemieszczanie sie skladników warstwy w kierunku przeciwnym do kierunku ru¬ chu tlenu i gazów spalinowych i tym samym osa¬ dzanie sie tlenku na elementach palnika. Zjawiska te wyeliminowano w urzadzeniu wedlug wynalazku w ten sposób, ze wylot dyszy doprowadzajacej pa¬ liwo umieszczony jest osiowo w strumieniu tlenu w taki sposób, ze na drodze rozpylanego paliwa w tlenie nie znajduje sie zaden szczegól elementów palnika.Jednoczesnie tlen wyplywajacy z dyszy tlenowej, w której symetrycznie umieszczona jest dysza pa¬ liwa, wprawiony jest dodatkowo w ruch wirowy tak, ze rozklad gradientów predkosci powoduje w polu wytworzonych cisnien w warstwach pogra¬ nicznych ruch obrotowy gazu wokól dyszy paliwa, a nie ruch postepowy w kierunku przeciwnym do kierunku przeplywu gazów spalinowych. Takie roz¬ wiazanie konstrukcji palnika — rozpylacza pozwolilo na przedluzenie czasu stabilnego dzialania procesu spalania i tym samym krystalizacji nawet do kilku¬ dziesieciu godzin.Przyklad. Do palnika — rozpylacza doprowa¬ dza sie strumien tlenu o szybkosci doplywu 3—8-102 l/h oraz 20% benzenowy roztwór alkoho¬ lanu glinu o szybkosci doplywu 5—8-10-1 l/h.Po zmieszaniu poddanego zawirowaniu tlenu z roz¬ tworem alkoholanu glinu, na zasadzie rozpylaniat cieczy w strumieniu gazu i spowodowaniu zaplonu tak otrzymanego aerozolu uzyskuje sie spalanie wedlug nastepujacej reakcji: 2(CH3 • CH2 • CH2O)3Al+2702= 18C02+21H20+A1203 Tlenek glinu o rozdrobnieniu koloidalnym topiac sie w plomieniu, którego temperatura wynosi co najmniej 2000°C niesiony jest w gazach spalino-. wych, na znane podloze z zarodzia, gdzie nastepuje monokrystalizacja. Równoczesnie nadaje sie podlo¬ zu znany ruch zlozony, postepowy ku dolowi o pred¬ kosci 2—12 cm/godz i ruch obrotowy o predkosci 28—192 obroty/min.Przykladowe rozwiazanie konstrukcyjne urzadze¬ nia wedlug wynalazku jest blizej wyjasnione na przykladzie wykonania iza pomoca rysunku, na któ¬ rym fig. 1 przedstawia urzadzenie do realizacji spo¬ sobu wedlug wynalazku, w przekroju podluznym, a fig. 2 to samo urzadzenie w przekroju poprzecznym.W urzadzeniu tym zastosowany jest palnik-roz- pylacz 1, ustawiony wylotem w znanym kierunku do dolu. W palniku znajduje sie okragla komora zawirowania tlenu 2, która obejmuje* wspólosiowa z nia i wystajaca na odleglosc 0,1—5 mm poza kra¬ wedz jej otworu dysze paliwowa 3.Z obwodowej sciany tej komory wystawione sa w nia wyloty kanalów tlenowych 4, których ukie¬ runkowanie odpowiada stycznej do obwodu komory.Pod wylotem palnika, w odleglosci okolo 150 mm, znajduje sie na znanej podstawie 5 zarodz krystali¬ zacji 6. Podstawa osadzona jest na obracanym i przemieszczanym wzdluz osi wylotu palnika wsporniku 7. Zestaw ten i przestrzen spalania 8 otoczone sa sciana 9 znanej rury z materialu ter¬ micznie izolujacego, korzystnie z alundu.Tlen wprowadzany tangencjalnie do komory za¬ wirowania tlenu 2 uzyskuje ruch wirowy i w tym stanie wyplywa przez otwór tej komory. Koloid cieczy wprowadzany jest do dyszy paliwowej 3 pod cisnieniem wiekszym od cisnienia atmosferycznego.Tlen i ciecz ulegafac zmieszaniu, na zasadzie roz¬ pylania cieczy w strumieniu gazu, wyplywaja z pal¬ nika w postaci aerozolu. i 475 6 W komorze spalania urzadzenia przebiega silnie egzotermiczna reakcja spalania rozpylonej cieczy w tlenie i powstawanie aerozolu cieklego tlenku me¬ talu w gazach spalinowych.Silnie rozdrobnione kropelki stopionego tlenku padaja na zaródz krystalizacji 6, gdzie stygnac kon- densuja w monokrysztal. Dla polepszenia warun¬ ków krystalizacji os wraz z zarodzia i tworzacym sie monokrysztalem wykonuje stale znany ruch obrotowy, korzystnie 1 — obrót na minute, i ruch postepowy w dól o predkosci dostosowanej do predkosci doplywu materialu przeznaczonego do krystalizacji. PL