RU1108787C - Устройство дл выт гивани монокристаллов из расплава на затравку - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к технике выращивани  монокристаллов из расплава и может быть использовано при получении крупногабаритных оптических и сцинтилл ционных щелочно-галоидных монокристаллов , имеющих большую длину при больших диаметрах и соответственно большую массу (пор дка 100 кг).

Известно устройство дл  выт гивани  монокристаллов из расплава на затравку, содержащее камеру с размещенными в ней тиглем и нагревател ми, шток с затравкодержателем , механизмы вертикального и горизонтального перемещени  штока. Верхн   часть камеры снабжена крышкой.

По окончании процесса выт гивани , происход щего по общеприн той технологии дл  методов Чохральского или Киропулоса , выращенный .слиток монокристалла отрывают от расплава, раскрывают верхнюю крышку, поднимают шток кристаллодержател  вместе со слитком над камерой, затем перемещают в горизонтальной плоскости в сторону от камеры, опускают вниз (например, в отжиговую печь), отсоедин ют монокристалл от затравкодержател .

Однако при выгрузке иЗ камеры выращенного монокристалла он и затравка подвергаютс  тепловому удару, что приводит к частым аварийным обрывам еще до запланированного отделени  монокристалла от затравкодержател , а также к растрескиванию слитка на всех этапах перегрузки егО в печь термообработки. Кроме того, отмечаетс  возможность аварийного обрыва кристалла в моменты трогани  и остановки при перемещении в горизонтальной плоскости больших инерционных масс слитка, вис щего на сравнительно тонкой затравке.

Наиболее близким к за вл емому по технической сущности и достигаемому результату  вл етс  устройство, включающее герметичную камеру из двух частей, разьемных в горизонтальной плоскости. В верхнюю часть камеры по ее оси введен вертикальный шток с затравкодержателем, закрепленный на станине и св занный с механизмами его вращени  и осевого перемещени . В нижней части камеры установлен тигель и расположенный концентрично с ним нагреватель. Нижн   часть камеры закреплена неподвижно на станине, а верхн   установлена с возможностью перемещени  ее в вертикальной и горизонтальной плоскост х совместно со штоком затравкодержател  и механизмами его вращени  и вертикального перемещени . По окончании процесса выт гивани  монокристалл отрывают от расплава и вместе со штоком затравкодержател  поднимают вверх

настолько, чтобы свободный торец монокристалла располагалс  ниже плоскости разьема между верхней и нижней част ми камеры. Затем от нижней части камеры отсоедин ют верхнюю и вместе с монокристаллом , вис щим на затравкодержателе, перемещают вначале вертикально, а затем в горизонтальной плоскости в сторону от нижней части камеры к месту ее выгрузки,

0 котора  производитс  подачей штока вниз. Така  конструкци  частично исключает воздействие теплового удара на выращенный монокристалл до момента вывода его вниз из отведенной в сторону верхней части

5 камеры.

Недостатком устройства  вл етс  то обсто тельство , что вис щий на затравке монокристалл подвергаетс  воздействию теплового удара за счет захвата воздуха и

0 инерционных сил, возникающих в моменты трогани  с места и остановки при перемещении верхней камеры с монокристаллом в горизонтальной плоскости. В результате возможно растрескивание и аварийный об5 рыв кристалла, особенно в случае выращивани  крупногабаритных монокристаллов.

Целью изобретени   вл етс  предотвращение теплового удара при извлечении кристалла из камеры, предотвращение об0 рыва кристалла от затравкодержател .

Поставленна  цель достигаетс  тем, что верхн   часть камеры жестко закреплена на станине, а нижн   часть установлена с возможностью перемещени  по вертикали и

5 смещени  в горизонтальной плоскости, устройство снабжено подвижной термостатированной емкостью дл  приема и транспортировки кристалла, взаимодействующей с верхней частью камеры. Затрав0 кодержатель выполнен в виде накидной гайки, имеющей в нижней части формуусеченной пирамиды. Это позвол ет отдел ть затравкодержатель с выращенным монокристаллом без каких-либо дополнительных

5 приспособлений только за счет изменени  направлени  вращени  штока затравкодержател . Така  конструкци  затравкодержател  дает возможность проводить операцию отделени  выращенного моно0 кристалла от штока в услови х, когда доступ . к затравкодержателю перекрыт подвижной термостатированной емкостью, подаваемой вместо нижней части камеры и герметично соединенной с верхней частью

5 камеры дл  полного исключени  воздействи  на монокристалл теплового удара в процессе его извлечени  из камеры.

На фиг. 1 приведена схема предлагаемого устройства, вертикальный разрез; на фиг.2 - то же. вид сбоку: на фиг.З - затравкодержатель с затравкой, закрепленный на штоке, вертикальный разрез.

Устройство содержит герметичную камеру , выполненную с возможностью разьема на две части - верхнюю 1 и нижнюю 2. Верхн   часть камеры закреплена неподвижно на каркасе 3, а нижн   часть 2 установлена с возможностью перемещени  в вертикальной и горизонтальной плоскост х. Дл  этих перемещений служит, например, тележка 4, установленна  на рельсах 5 и несуща  подъемно-опускные механизмы 6 в нижней части 2 камеры. В нижней части камеры размещены тигель 7 с нагревателем 8 и теплоизол ционной футеровкой 9.

В верхнюю часть камеры, герметично введен шток 10, св занный своим верхним концом с механизмом 11 его вращени  и вертикального перемещени , установленным на 3. На свободном конце штока 10 нарезана резьба, на которой навинчен затравкодержатель 12. Затравкодержатель представл ет собой накидную гайку 12 с резьбой и свободной от резьбы частью 13 отверсти . Часть 13 отверсти  имеет форму усеченнойпирамиды с вершиной, обращенной вниз, и приспособлена дл  охвата верхнего конца затравки 14, на нижнем торце которой выращиваетс  монокристалл 15.

Установка содержит также контейнер 16 (см. фиг.2) из жаростойкого материала и термостатированную емкость (термос) 17с прослойкой термоизолирующего материала 18, предназначенную дл  помещени  в него предварительно нагретого контейнера 16, Термос выполнен с возможностью перемещени  в горизонтальной плоскости. Дл  зтого перемещени  служит, например, тележка 19, которую можно передвинуть по рельсам 5. Вертикальный габарит установленного на рельсах 5 термоса 17 не должен превышать размера, обеспечивающего возможностью его расположени  под верхней частью 1 камеры, при этом диаметр наружного фланца термоса 17 должен соответствовать диаметру фланца верхней части 1 камеры.

Устройство работает следующим образом . При отведенной вниз и в сторону нижней части 2 камеры (см. фиг.2) в тигель 7 загружают исходный материал. В затравкодержателе 12 укрепл ют затравку 14 и включают привод вращени  штока 10. Перемеща  нижнюю часть 2 камеры на тележке 4. устанавливают ее соответственно с верхней частью 1 камеры и с помощью подъемно-опускного механизма 6 герметично соедин ют нижнюю часть 2 камеры с верхней 1 (см. фиг.1). С помощью нагревател  8 расплавл ют исходный материал в тигле 7. Шток 10 затравкодержател  12 опускают вниз до соприкосновени  нижнего торца затравки 14 с расплавом 20. После частичного оплавлени  затравки 14 и под5 бора температуры расплава, отвечающей отсутствию как плавлени , так и кристаллизации на затравке 14, с помощью механизма

11вертикального перемещени  штока 10 начинают,медленный подъем затравки 14.

0 При этом создаютс  услови  дл  наращивани  монокристалла 15 на затравке 14.

По достижении заданной длины монокристалла 15 его отрывают от расплава 20 быстрым перемещением штока 10 и подни5 мают настолько, чтобы нижний торец выращенного монокристалла 15 находилс  выше плоскости разъема между верхней 1 и нижней 2 част ми камеры. Затем нижнюю часть 2 камеры отсоедин ют от верхней 1, меха0 низмами 6 опускают на некоторое рассто ние и затем вместе с тележкой 4 отвод т в сторону (см.фиг.2).

Взамен отведенной в сторону нижней части 2 камеры подают под верхнюю часть

5 1 камеры термос 17, содержащий предварительно нагретый до необходимой температуры (например, в отжиговой печи) контейнер 16, и герметично соедин ют фланцы термоса 17 и нижней части 1 каме0 ры.

Шток 10 с подвешенным на затравкодержателе 12 выращенным монокристаллом 15 опускают вниз до упора его нижнего торца в дно контейнера 16. Затем включают

5 вращение штока 10 в направлении, обеспечивающем свинчивание затравкодержател 

12со штоком 10. Так как выращенный монокристалл 15 опираетс  на дно контейнера 16 и, следовательно, заторможен, а жестко со0 единенна  с ним затравка 14 имеет форму, отличную от формы тела вращени , то при этом Затравкодержатель 12 свинчиваетс  со штока 10, скольз  вниз по затравке и обеспечива  тем самым отделение выращенного

5 монокристалла 15 от штока 10, как показано на фиг.2. Затем термос 17 отвод т в сторону от выращенного монокристалла 15, отдел ют затравку 14 с затравкодержателем 12, а контейнер 16 вместе с монокристаллом по0 мещают в отжиговую печь (на чертежах не показана) дл  последующей термообработки и медленного охлаждени  до комнатной температуры.

Таким образом, предлагаема  установ5 ка позвол ет исключить воздействие на выращенный монокристалл теплового на всех этапах его извлечени  из камеры. При отсоединенной нижней части 2 камеры монокристалл 15 не будет испытывать тер loyдapa , так как его нижний торец находитс  выше плоскости разъема верхней 1 и нижней 2 частей камеры. .После присоединени  к верхней части 1 камеры термоса 17 она образует вместе с ним замкнутое пространство, защищенное от воздействи  холодного наружного воздуха, и при последующем опускании монокристалла 15 в контейнер 16 термоудар также полностью исключен.

Использование при выгрузке монокристалла 15, вис чего на затравке 14, только вертикального его перемещени  исключает воздействие на выращенный монокристалл 15 горизонтальных составл ющих инерционных си  и тем самым полностью исключает возможность его аварийного обрыва.

Выгрузка монокристалла 15 производитс  с помощью тех же механизмов 11 возвратно-поступательного перемещени  штока 10 и затравкодержател  12, которые используютс  и в процессе выращивани , и может быть легко автоматизирована.

(56) Авторское свидетельство СССР № 285818, кл. В 01J 17/06, 1974.

Патент США N 3865554, кл. B01J 17/18, 1975.

Claims (2)

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫТЯГИВАНИЯ МОНОКРИСТАЛЛОВ ИЗ РАСПЛАВА НА ЗАТРАВКУ, включающее герметичную камеру из двух частей, разъемных в горизонтальной плоскости, размещенный внутри нее тигель с нагревателем и вертикально установленный щток с затравкодержателем , закрепленный на станине, отличающеес  тем, что, с целью предотвращени  теплового удара при извлечении кристалла из камеры, верхн   часть камеры жестко

закреплена на станине, а нижн   часть установлена с возможностью перемещени  по вертикали и смещени  в горизонтальной плоскости, устройство снабжено подвижной термоста тированной емкостью дл  приема и транспортировки кристалла, взаимодействующей с верхней частью камеры .

2. Устройство по П.1, отличающеес  тем, что, с целью предотвращени  обрыва кристалла, затравкодержатель выполнен в виде накидной гайки, имеющей в нижней части форму усеченной пирамиды.

«

10.

Фиг.д