PL89677B1

PL89677B1 -

Info

Publication number: PL89677B1
Application number: PL12471568A
Authority: PL
Priority date: 1968-01-16
Filing date: 1968-01-16
Publication date: 1976-12-31

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania pretów szescioborku wapnia CaB6.

Szescioborek wapnia jest materialem twardym, trudnotopliwym, odpornym na scieranie, stosunkowo lek¬ kim, a posiadajac wlasnosci korzystniejsze od podobnych materialów twardych, ma zastosowanie jako material scierny dla specjalnych przeznaczen, jest wykorzystywany do produkcji ciagadel, jak równiez, dzieki swoim wlasnosciom pólprzewodnikowym i termo-emisyjnym jest materialem o duzych mozliwosciach perspektywicz¬ nego wykorzystania w przemysle elektronicznym.

Wytwarzanie materialów krystalicznych i monokrysztalów dokonywane jest róznymi sposobami np. meto¬ da wyciagania, lub przez stapianie tyglowe i beztyglowe. W znanych metodach szescioborki metali ziem alkalicz¬ nych — równiez CaB6 uzyskiwano jedynie w formie sprasowanych na goraco pastylek lub ksztaltek, np. w reakcji 2MO+14B = 2MB6 +B202 co opisano w opisie patentowym ZSRR nr 121561, jak równiez w pracy G.W. Samsonowa i J.B. Paderno pt. "Boridy redhoziemielnych metallow" ZSRR Kijów 1961 r. Znany jest rów¬ niez sposób przytoczony w opisie patentowym St. Zjedn. Am. nr 2647061, w którym uzyskuje sie CaB6 przez obróbke termiczna mieszaniny CaO+B+B4C+wegiel przy czym otrzymany szescioborek wapnia CaB6 nie nadaje sie do zastosowania w przemysle elektronicznym.

Topienie CaB6 w pojemnikach — wyzej wzmiankowana metoda tyglowa, prasowanie na goraco jak równiez topienie w luku, mimo szeroko prowadzonych w tym kierunku prac badawczych nie dalo zadowalajacych rezul¬ tatów, przy otrzymywaniu produktu przydatnego do potrzeb przemyslu elektronicznego. W procesie topienia CaB6 nie moga byc uzywane typowe tygle ceramiczne, ze wzgledu na ich niska odpornosc termiczna oraz reaktywnosc. Topienie w luku powoduje zanieczyszczenia, jak równiez nieuniknione jest znaczne, miejscowe przegrzanie materialu, w nastepstwie czego nastepuje dysocjacja i zmiana skladu produktu. Tak wiec mimo licznych i dlugotrwalych prób nie opracowano dotychczas metody wytwarzania, ani nie uzyskano wyzej opisa¬ nymi sposobami czystego szescioborku wapnia CaB6 o wlasnosciach pólprzewodnikowych.

Wobec stale wzrastajacego zapotrzebowania na materialy posiadajace duza emisje, latwe w obróbce i nada¬ jace sie do wykorzystania szczególnie w przemysle elektronicznym, postawiono zadanie wytworzenia odpowied-¦2¦'.'.:'¦ x 89677 niego materialu, któiy charakteryzowalby sie dobrymi wlasnosciami termoemisyjnymi i posiadal wysoka odpof* nosc termiczna. Zaistniala równiez pilna potrzeba pokrycia zapotrzebowania na lekkie, o znacznej twardosci i wysokiej temperaturze topienia materialy pólprzewodnikowe.

Postawione zadanie zrealizowano w ten sposób, ze opracowano sposób wytwarzania materialu odpowiada¬ jacego wyzej wymienionym wymogom usuwajac tym sposobem istniejace dotychczas niedogodnosci.

Istota wynalazku jest uzyskanie metody i opracowanie zgodnie z wynalazkiem sposobu wytwarzania czyste¬ go, stopionego, pretowo uksztaltowanego szescioborku wapnia CaB6 o wlasnosciach pólprzewodnikowych, co uzyskuje sie przez strefowe topienie pretów szescioborku wapnia w pojemnikach chlodzonych wewnatrz ciecza w atmosferze gazu ochronnego.

Proces syntezy CaB6 z materialów proszkowych CaO i B wzietych w stosunku stechiometrycznym prze¬ prowadza sie wg reakcji 2 CaO + 14 B = 2 CaB6 + B2O2 w prózni od 10"1 do 10 "2 mm Hg, w temperaturze 1600°C przy zastosowaniu grzania indukcyjnego w lódce lub tyglu metalowym o podwójnych sciankach chlo¬ dzonych wewnatrz woda. Proces topienia CaB6 prowadzi sie w temperaturze 2300°C w tym samym urzadzeniu i w tych samych pojemnikach wprowadzajac atmosfere ochronna mieszaniny gazów obojetnego i redukujacego 0 skladzie 4 czesci objetosciowe argonu i 1 czesc objetosciowa wodoru. Topienie materialu nastepuje za pomo¬ ca grzania indukcyjnego z zastosowaniem plynnego przesuwu strefy stopionej wzdluz calego materialu wsado¬ wego. W procesie tym nastepuje topienie i jednoczesnie strefowe oczyszczanie materialu.

Przyklad Wysuszone materialy wyjsciowe CaO iB w postaci proszku wprowadza sie w stosunku stechiometrycznym tj. na 20 g boru - 14,8 g tlenku wapnia CaO, miesza sie je bardzo dokladnie i prasuje na zimno w formach stalowych w pastylki o 10-15 mm i grubosci 10-15 mm. Do wnetrza jednej pastylki zapra- sowuje sie kawalek stopionego CaB6 aby zapoczatkowac grzanie indukcyjne sprasowanego CaO i B. Pastylke te umieszcza sie na poczatku lódki miedzianej lub srebrnej chlodzonej wewnatrz woda, a nastepnie za nia umiesz¬ cza sie kolejno dalsze pastylki. Lódki z wsadem umieszcza sie w rurze kwarcowej, na zewnatrz której znajduje sie cewka indukcyjna polaczona z generatorem wysokiej czestotliwosci o mocy 20 KVA i czestotliwosci okolo 2 MHz.

Proces syntezy przeprowadza sie w prózni 10 ' - 10"2 mm Hg w temperaturze 1600°C przez czas okolo 1 godz. Nastepnie do wnetrza urzadzenia wprowadza sie oczyszczony argon i wodór (4 czesci objetosciowe argonu i 1 czesc objetosciowa wodoru) i podnosi sie temperature do okolo 2300°C, tj. az do uzyskania stopionej strefy materialu. Specjalny ksztalt cewki indukcyjnej pozwala na otrzymanie strefy grzejnej o,dlugosci okolo mm. Strefe stopiona przesuwa sie wzdluz calego materialu umieszczonego w lódce w postaci przylegajacych do siebie pastylek. Strefowe topienie wsadu powtarza sie kilkakrotnie w celu uzyskania czystego, jednolitego preta CaB6. Zachodzi tu jednoczesnie topienie i strefowe oczyszczanie materialu, co pozwala na otrzymanie szescioborku wapnia CaB6 o wlasnosciach pólprzewodnikowych.

Otrzymanie maksymalnie czystego, krystalicznego stopionego CaB6 jest tak wazne dlatego, ze jego wlas¬ nosci pólprzewodnikowe polepsza sie wraz ze zwiekszeniem sie stopnia czystosci wytwarzanego materialu.

Zasadnicza róznica miedzy metoda tradycyjna, a sposobem zgodnym z,wynalazkiem polega na tym, ze material otrzymany metoda metalurgii proszków posiada przewodnictwo metaliczne, natomiast material otrzy¬ many wedlug wynalazku posiada pólprzewodnikowy charakter zmiany przewodnictwa z temperatura. Dla przykladu podajemy porównanie niektórych wlasnosci materialu otrzymanego metoda metalurgii proszków (oz¬ naczone *) i otrzymanych metoda opisana wedlug wynalazku (oznaczone **). * ** p = 222X 10"6cmXcm p = 0,44cmXcm a = - 32,8-——, a = - 99 stopien stopien /? = -91X10-455t *= 3.64^- cul cul p - opornosc, a - sila termoelektryczna, R - stala Halla Otrzymany taka metoda szescioborek wapnia CaB6 charakteryzuje sie duza czystoscia. Posiada zanieczysz¬ czenia Si - 10"s% wagowych, Mg 10~5% wagowych i Fe - 10"4% wagowych.89677 3

Claims

Zastrzezenia patentowe

1. Sposób wytwarzania pretów szescioborku wapnia CaB6 o wlasnosciach pólprzewodnikowych, otrzymy¬ wanych z tlenku wapnia i boru w procesie syntezy, topienia i oczyszczania, znamienny tym, ze synteze prowadzi sie metoda grzania indukcyjnego w prózni 10"1 10~2 mm Hg w temperaturze okolo 1600°C, w po¬ jemnikach metalowych chlodzonych wewnatrz ciecza, po czym wytworzony szescioborek wapnia topi sie strefo¬ wo, w temperaturze okolo 2300°C w atmosferze gazu ochronnego.

2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze gazowa atmosfere ochronna stanowi mieszanina oczyszczonego argonu i wodoru w stosunku objetosciowym 4 czesci argonu i 1 czesc wodoru.