RU1820925C - Method for growing crystals by verneuil method and plant for its realization - Google Patents

Method for growing crystals by verneuil method and plant for its realization

Info

Publication number
RU1820925C
RU1820925C SU4844212A RU1820925C RU 1820925 C RU1820925 C RU 1820925C SU 4844212 A SU4844212 A SU 4844212A RU 1820925 C RU1820925 C RU 1820925C
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
crystallization
crystal
burner
diameter
oxygen
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Игорь Николаевич Циглер
Клавдия Павловна Чиркина
Владислав Михайлович Царев
Владимир Иванович Гусев
Иван Иванович Каргин
Original Assignee
Институт кристаллографии им.А.В.Шубникова
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Институт кристаллографии им.А.В.Шубникова filed Critical Институт кристаллографии им.А.В.Шубникова
Priority to SU4844212 priority Critical patent/RU1820925C/en
Application granted granted Critical
Publication of RU1820925C publication Critical patent/RU1820925C/en

Links

Landscapes

  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

Изобретение относитс  к выращиванию монокристаллов тугоплавких соединений, используемых в лазерной технике, микроэлектронике , оптике, медицине, точном приборостроении. Способ выращивани  кристаллов включает подачу шихты в камеру Изобретение относитс  к выращиванию монокристаллов тугоплавких соединений по методу Вернейл . например таких как рубин, корунд с титаном, лейкосапфир, рутил, титанат стронци , ферриты и р д других, используемых в лазерной технике, микроэлектронике , оптике, медицине,, точном приборостроении. Цель изобретени  - увеличение размеров выращиваемых кристаллов с высокой оптической однородностью. кристаллизации через многоканальную горелку с одновременной подачей через ее каналы потоков кислорода и водорода, плавление шихты и рост кристалла. При этом наружную стенку камеру кристаллизации нагревают дополнительными потоками кислорода и водорода, которые подают сверху через каналы дополнительной горелки . Приведены режимные параметры способа . Устройство дл  осуществлени  способа содержит камеру кристаллизации в виде двух изолированных коаксиальных муфелей . Во внутреннем муфеле размещен кри- сталлодержатель. Над ним коаксиально размещены основна  и дополнительна  горелки . Причем дополнительна  горелка соединена с наружным муфелем. Устройство снабжено автоматической системой поддержани  фронта кристаллизации и диаметра кристалла. Дл  подачи шихты устройство содержит бункер и дозатор, св занный с автоматической системой. Даны соотношени  дл  определени  размеров муфелей..2 с.и. 4 з.гт. ф-лы, 3 ил. На фиг. 1 приведена схема устройства; на фиг.2 - камера кристаллизации; на фиг.З - график распределени  температуры на внутренней стенке внутреннего муфел . Устройство дл  выращивани  кристаллов содержит камеру кристаллизации, выполненную в виде двух изолированных коаксиальных муфелей 1 и 2. В полости камеры кристаллизации установлен с возможностью вращени  и вертикального перемещени  кристаллодержатель 3. Над ним размещены основна  многоканальна  -у Ј 00 го о ю N СЛ OJThe invention relates to the growth of single crystals of refractory compounds used in laser technology, microelectronics, optics, medicine, precision instrumentation. A method of growing crystals includes feeding a charge into a chamber. The invention relates to the growth of single crystals of refractory compounds according to the Verneil method. for example, such as ruby, corundum with titanium, leucosapphire, rutile, strontium titanate, ferrites, and a number of others used in laser technology, microelectronics, optics, medicine, and precision instrument engineering. The purpose of the invention is to increase the size of the grown crystals with high optical uniformity. crystallization through a multi-channel burner with the simultaneous supply of oxygen and hydrogen flows through its channels, melting the charge and crystal growth. While the outer wall of the crystallization chamber is heated by additional flows of oxygen and hydrogen, which are fed from above through the channels of the additional burner. The mode parameters of the method are given. An apparatus for carrying out the method comprises a crystallization chamber in the form of two insulated coaxial muffles. A crystal holder is located in the inner muffle. Above it, the main and additional burners are coaxially placed. Moreover, an additional burner is connected to the outer muffle. The device is equipped with an automatic system for maintaining the crystallization front and crystal diameter. For feeding the charge, the device comprises a hopper and a dispenser associated with an automatic system. Relations are given for sizing muffles. 2 si.i. 4 cg f-ly, 3 ill. In FIG. 1 shows a diagram of a device; figure 2 - crystallization chamber; Fig. 3 is a graph of the temperature distribution on the inner wall of the inner muffle. A device for growing crystals contains a crystallization chamber made in the form of two isolated coaxial muffles 1 and 2. In the cavity of the crystallization chamber, a crystal holder 3 is mounted with the possibility of rotation and vertical movement. Above it, there is a main multi-channel Ј 00 ю 00 N SL OJ

Description

горелка 4 и установленна  коэксиально ей ополнительна  горелка 5. При этом дополнительна  горелка 5 соединена с наружным муфелем 2. Муфели 1 и 2 окружены п тис-  ойной футеровкой б и металлической обшивкой 7, в которой выполнено окно 8. Шихту к выращиваемому кристаллу подают из бункера 9 через дозатор 10 который обеспечивает равномерную и регулируемую в автоматическом или ручном режиме подачу шихты с точностью не менее 2%. Внутренний муфель состоит из трех секций: верхней - секции факела, средней - секции кристаллизации и нижней - секции охлаждени . Наружный муфель состоит из двух секций:верхней - секции факела и нижней - секции охлаждени . Система автоматического поддержани  фронта кристаллизации и диаметра кристалла включает источник излучени  11, установленные диаметрально ему рентгено-оптический преобразователь 12, передающую камеру 13, пульт оператора 14, состо щего из телевизионного монитора 15 и блока выделени  и индикации строки, задани  номера строки 16, подсистемы измерени  диаметра кристалла 17, состо щей из компаратора TV сигнала 18, генератора счетных импульсов 19,-счетчика 20, устройства 21 сравнени  текущего значени  диаметра, кристалла с заданным, программатора 22 диаметра кристалла, таймера времени кристаллизации 23, подсистемы управлени  подачей шихты и подсистемы управлени  расходов газов.burner 4 and an additional burner 5 installed coaxially with it. In this case, the additional burner 5 is connected to the external muffle 2. The muffles 1 and 2 are surrounded by a plain lining b and metal sheathing 7, in which the window 8 is made. The charge to the grown crystal is fed from the hopper 9 through a dispenser 10 which ensures uniform and automatic or manual feed of the charge with an accuracy of at least 2%. The inner muffle consists of three sections: the upper - the flame section, the middle - the crystallization section and the lower - the cooling section. The outer muffle consists of two sections: the upper - the torch section and the lower - cooling section. The system for automatically maintaining the crystallization front and the diameter of the crystal includes a radiation source 11, a diametrical X-ray converter 12, a transmitting camera 13, an operator panel 14, consisting of a television monitor 15 and a block for highlighting and indicating a line, setting a line number 16, a measurement subsystem the diameter of the crystal 17, consisting of a comparator TV signal 18, a generator of counting pulses 19, a counter 20, a device 21 for comparing the current value of the diameter of the crystal with a given value, the programmer 22 d ametra crystal, crystallization timer 23, flow control subsystem of subsystem control charge and the gas flow rates.

Устройство работает следующим образом .The device operates as follows.

После включени  системы нагрева в камеру кристаллизации ввод т кристаллодержа- тель 3 с затравочным кристаллом. Последний в зоне расположени  фронта кристаллизации оплавл ют путем увеличени  расхода кислорода. Из бункера 9 кристаллизуемый материал в виде мелкодисперсного порошка-шихты подают в дозатор 10, и далее шихта непрерывным потоком в регламентируемом технологией количества транспортируетс  с помощью газа, например кислорода, по центральному каналу основной горелки 4 и направл етс  в плам  основной горелки 4. В верхней секции факела внутреннего муфел  1 шихта плавитс  и потоком газов направл етс  на вершину предварительно оплавленного затравочного кристалла.After the heating system is turned on, a crystal holder 3 with a seed crystal is introduced into the crystallization chamber. The latter in the area of the crystallization front is melted by increasing the oxygen consumption. From the hopper 9, crystallized material in the form of a fine powder-mixture is fed into the dispenser 10, and then the mixture is transported by a continuous stream in a quantity regulated by the technology using gas, for example oxygen, through the central channel of the main burner 4 and sent to the flame of the main burner 4. In the upper of the torch section of the inner muffle 1, the charge is melted and directed by a gas stream to the top of the previously fused seed crystal.

.В результате согласовани  расхода шихты, теплонапр женности пламени горелки и скорости опускани  кристаллодер- жател  3 с затравочным и выращиваемым 24 кристаллом из секции кристаллизации в секцию охлаждени  с более низкой температурой осуществл етс  выращивание кри сталла.. As a result of matching the charge flow rate, the heat density of the burner flame and the speed of lowering the crystal holder 3 with the seed and grown 24 crystals from the crystallization section to the lower temperature cooling section, the crystal is grown.

Расширение кристалла 24 до нужного диаметра осуществл етс  путем увеличени The expansion of the crystal 24 to the desired diameter is carried out by increasing

расхода газов и шихты, в отдельных случа х дополнительно, путем изменени  скорости опускани  кристаллодержател  3 в ручном режиме.the flow of gases and the mixture, in some cases, additionally, by changing the lowering speed of the crystal holder 3 in manual mode.

Система автоматического поддержа0 ни  фронта кристаллизации и диаметраSystem of automatic support of crystallization front and diameter

растущего кристалла включаетс  в работуa growing crystal is included in the work

непосредственно перед оправлением заs травочного кристалла и включени  подачиimmediately before setting the herbal crystal and turning on the feed

1 шихты, а выключаетс  по достижении за3 данной длины кристалла.1 charge, and turns off after reaching 3 of a given crystal length.

Система автоматического поддержани  фронта кристаллизации и диаметра растущего кристалла работает следующим образом .A system for automatically maintaining the crystallization front and the diameter of the growing crystal operates as follows.

0 При включенном источнике рентгеновского излучени  11 в результате просвечивани  через камеру кристаллизации изображение растущего кристалла 2 в виде проекции поступает на рентгено-оптиче5 ский преобразователь 12, считываетс  передающий телевизионной камерой 13 и в виде сигнала поступает в пульт оператора 14.0 When the X-ray source 11 is turned on as a result of transmission through the crystallization chamber, the image of the growing crystal 2 is projected onto the X-ray optical converter 12, read out by the transmitting television camera 13, and transmitted to the operator console 14 as a signal.

Оператор на блоке обработки телеви0 знойного сигнала задает номер строки, на которой в процессе роста должен располагатьс  фронт кристаллизации, контролиру  при этом правильность выбора на экране монитора (заданна  строка подсвечиваетс The operator at the TV signal processing unit sets the line number on which the crystallization front should be located during the growth process, while checking the correct selection on the monitor screen (the specified line is highlighted

5 на экране монитора).5 on the monitor screen).

В случае изменени  положени  фронта кристаллизации по вертикали относительно выбранного, измен етс  номер строки телевизионного изображени  (при разверткеIn the case of a change in the vertical crystallization front position relative to the selected one, the line number of the television image changes (when scanning

0 сверху вниз), на которой по вл етс  изображение растущего кристалла, и в результате сравнени  фактического положени  фронта кристаллизации с заданным в автоматическом режиме работы системы формируетс 0 from top to bottom), on which the image of the growing crystal appears, and as a result of comparing the actual position of the crystallization front with the one set in the automatic operation mode of the system,

5 сигнал в блоке 10 и подаетс  в подсистему управлени  подачей шихты 25 на коррекцию в сторону увеличени  или уменьшени  подачи шихты; Коррекци  расхода шихты на увеличение в случае замедлени  роста кри0 сталла (тенденци  к расположению изобра- жени  растущего кристалла ниже выбранной строки) и уменьшение подачи в случае ускорени  роста (тенденци  к расположению изображени  выше выбранной5, the signal is in block 10 and is supplied to the charge control subsystem 25 for correction in the direction of increasing or decreasing charge supply; Correction of the charge consumption for an increase in the case of a slowdown in the growth of the crystal (a tendency to position the image of the growing crystal below the selected row) and a decrease in feed in the case of an acceleration of growth (a tendency to position the image above the selected

5 строки).5 lines).

Измерение диаметра растущего кристалла производитс  на выбранной оператором строке, расположенной на заданное количество строк ниже строки, на которой располагаетс  фронт кристаллизации (выбранна  строка подсвечиваетс  на экране монитора при наличии изображени  кристалла или его иммитаторэ). Дл  отсечени  изображени  стенок - камеры кристаллизации дискриминаторы, выдел ющие полезную часть телевизионного изображени  (задаетс  оператором и подсвечиваетс  на экране монитора).The diameter of the growing crystal is measured on the line selected by the operator, located a predetermined number of lines below the line on which the crystallization front is located (the selected line is highlighted on the monitor screen when there is an image of the crystal or its simulator). To cut off the image of the walls - crystallization cameras, discriminators that highlight the useful part of the television image (set by the operator and highlighted on the monitor screen).

Стабилизаци  диаметра растущего кри-г сталла осуществл етс  посредством управлени  расходов газа следующим образом.The diameter of the growing crystal is stabilized by controlling gas flow rates as follows.

С помощью амплитудного компаратора 18 из строки, на которой осуществл етс  измерение диаметра растущего кристалла, выдел етс  сигнал от кристалла. На врем  действи  этого сигнала разрешаетс  работа счетчика 20, который считывает стабильные счетные импульсы, формируемые генератором 19. Так как выращиваемый кристалл может иметь форму, отличную от цилиндрической за счет, различной скорости роста по различным кристаллографическим направлени м (например, при выращивании кристаллов корунда вдоль оптической оси или перпендикул рно к оптической оси, или при выращивании кристаллов титана стронци  вдоль одной из кристаллографических плоскостей ), за врем  оборота кристалла вокруг своей оси (при поступлении сигнала от датчика вращени ) выдел етс  максимальное значение счетчика 20 (реальна  форма и размеры кристалла видны на экране монитора ).Using the amplitude comparator 18, a signal from the crystal is extracted from the line on which the diameter of the growing crystal is measured. For the duration of this signal, the operation of the counter 20 is allowed, which reads stable counting pulses generated by the generator 19. Since the grown crystal may have a shape different from the cylindrical one due to different growth rates in different crystallographic directions (for example, when growing corundum crystals along the optical axis or perpendicular to the optical axis, or when growing strontium titanium crystals along one of the crystallographic planes), during the revolution of the crystal around its B (when the signal from the rotation sensor) is allocated the maximum value of the counter 20 (actual shape and dimensions of the crystal are visible on the screen).

Данное значение, пропорциональное максимальному диаметру кристалла, сравниваетс  со значением, заданным устройством сравнени  текущего значени  диаметра кристалла с заданным 21 (вырабатываетс  как функци  времени в программаторе диаметра кристалла 22).This value, which is proportional to the maximum crystal diameter, is compared with the value set by the device for comparing the current value of the crystal diameter with a given 21 (generated as a function of time in the crystal diameter programmer 22).

Результат сравнени  поступает на вход подсистемы управлени  расходом газов 26. ( помощью этой подсистемы расход газа (количества тепла, выдел емое факелом основной или дополнительной горелок, -корректируетс  дл  исключений даже небольших отклонений диаметра кристалла от заданного значени , которые могут произойти в результате изменени  тепловых усилий роста в рабочем объеме камеры кристаллизации , а также при переходе от одного материала к другому в ходе одного цикла кристаллизации при выращивании многослойного кристалла.The result of the comparison is fed to the input of the gas flow control subsystem 26. (using this subsystem, the gas flow (the amount of heat generated by the torch of the main or additional burner is corrected to exclude even small deviations of the crystal diameter from the set value that can occur as a result of changes in thermal forces growth in the working volume of the crystallization chamber, as well as during the transition from one material to another during one crystallization cycle when growing a multilayer crystal.

Так. в эксперименте установлено, что при выращивании сложного кристалла, например лейкосапфир-рубин-лейкосапфира, с посто нным диаметром при переходе от одного материала к другому расход кислорода , согласно программе автоматическогоSo. in the experiment it was found that when growing a complex crystal, for example, leucosapphire-ruby-leucosapphire, with a constant diameter when switching from one material to another, oxygen consumption, according to the automatic

регулировани  расхода газов, мен етс  на 4-6% от общего расхода, кислорода центральной горелки и соответственно беретс  тем больший процент измерени  расхода,- 5 тем больше диаметр выращиваемого кристалла .regulation of gas flow, varies by 4-6% of the total flow, oxygen of the central burner and, accordingly, the larger the percentage of flow measurement is taken - 5 the larger the diameter of the grown crystal.

Процесс выращивани  кристаллов повышенной оптической однородности диаметром от 10-до 100 мм с использованиемThe process of growing crystals of increased optical uniformity with a diameter of from 10 to 100 mm using

0 вновь разработанных систем нагрева и расположени  фронта кристаллизации эффективно осуществл етс  при условии их работы в соответствии со следующими требовани ми:0 newly developed heating systems and the location of the crystallization front are effectively implemented provided that they work in accordance with the following requirements:

5 Система нагрева.5 Heating system.

Дл  основной горелки скорость истечени  кислорода (О2) по внутренним каналам равна 0,3 -2,5 м/с, а в каждом последующем потоке в 1,1 - 3,4 раза больше. Отно0 шение скоростей истечени  кислорода (Оа) и водорода (Н) в первом потоке равно 0,1 - 0,85, а в последующем потоке 0,21 - 1,2 при отношении расхода Оа/Н2 в первом потоке 1.8-2.75, длина фронтов горени  не должнаFor the main burner, the flow rate of oxygen (O2) through the internal channels is 0.3-2.5 m / s, and in each subsequent stream 1.1 to 3.4 times greater. The ratio of the rates of outflow of oxygen (Oa) and hydrogen (H) in the first stream is 0.1 - 0.85, and in the subsequent stream 0.21 - 1.2 with a flow ratio Oa / H2 in the first stream 1.8-2.75, length fronts of burning should not

5 различатьс  более 15%. При этом конструкцией каналов истечени  газов горелки должно быть обеспечено различие периметров начального контакта реагирующих газов каждого внешнего и внутреннего фронтов5 vary by more than 15%. In this case, the design of the channels for the outflow of gas from the burner should ensure a difference in the perimeters of the initial contact of the reacting gases of each external and internal fronts

0 горени  не более 27%. Выполнение этих условий обеспечивает получение факела с эффективным .размером, где диаметр факела (м) равен не менее 0,7 диаметра кристалла Окр., а его длина (мм) 0,6 - 1,2 рассто ни 0 burning no more than 27%. Fulfillment of these conditions ensures that the torch is obtained with an effective size, where the torch diameter (m) is not less than 0.7 times the diameter of the crystal, and its length (mm) is 0.6 - 1.2 times

5 от торца горелки до расположени  фронта кристаллизации.5 from the end of the burner to the location of the crystallization front.

Дл  дополнительной горелки скорость истечени  О2 (м/с) равна 0,7- 6,3, отношение скоростей истечени  02 и Н2 равно 0.5 0 4,5, оптимальна  длина факела (мм) равнаFor an additional burner, the flow rate of O2 (m / s) is 0.7-6.3, the ratio of the flow rates of 02 and H2 is 0.5 0 4.5, the optimal flame length (mm) is

1,1 - 2,0 рассто ни  между торцом горелки,1.1 - 2.0 distance between the end of the burner,

и расположением фронта кристаллизации.and the location of the crystallization front.

Плам  и продукты горени  основной иPlum and burning products of the main and

дополнительной горелок не перемешиваютс ;additional burners are not mixed;

5 Дл  камеры кристаллизации:5 For crystallization chamber:

- диаметр кристаллодержател  D равен диаметру кристалла Окр; толщина стенок $ муфелей внутреннего дв и наружного равна 5н дл  да - (5 - 10), а дл  60 - (10 0 15); внутренние диаметры муфелей внутреннего Овв и-наружного DHB в месте сочленени  их с горелками определ етс  конструкцией системы нагрева при соблюдении услови , что газовые каналы обоих- the diameter of the crystal holder D is equal to the diameter of the crystal Okr; the wall thickness of the muffles of the inner and outer doors is 5 n for da - (5 - 10), and for 60 - (10 0 15); the internal diameters of the muffles of the internal OVV and the external DHB at the place of their connection with the burners is determined by the design of the heating system, provided that the gas channels of both

5 горелок не должны быть приближены к керамике муфелей ближе, чем на 2 мм.5 burners should not be closer to the muffle ceramics closer than 2 mm.

Размер внутреннего муфел  отвечает соотношени м размеров при условии, что внутренний диаметр секции кристаллизации DCK равен D + (4 - 10) мм, а высота этой секции НВ2 равна (1 - 2)0, высота секции факела НВ1 равна (0,75 - 5,4)D, высота секции охлаждени  Нвз (5 - 20)0, нижний диаметр секции факела и верхний диаметр секции охлаждени  этих конусных секций с внутренней стороны равны диаметру секции кристаллизации Ос.к,а нижний диаметр секции охлаждени  образуетс  в результате угла а равном 0,5 - 1,5° при вершине конуса , начинающегос  в месте сочленени  с секцией кристаллизации и длины секции лаждени .. The size of the inner muffle corresponds to the aspect ratio, provided that the inner diameter of the DCK crystallization section is D + (4 - 10) mm, and the height of this section HB2 is (1 - 2) 0, the height of the flame section HB1 is (0.75 - 5 , 4) D, the height of the cooling section НВз (5 - 20) 0, the lower diameter of the flame section and the upper diameter of the cooling section of these conical sections from the inside are equal to the diameter of the crystallization section Os.k, and the lower diameter of the cooling section is formed as a result of angle a equal to 0.5 - 1.5 ° at the apex of the cone starting at the junction with the cr lengths and lengths of the laying section ..

Размер наружного муфел  отвечает соотношени м размеров при условии, что внутренний диаметр DI секций охлаждени  и факела в месте их сочленени  равен DC.K + 2 5В (3 - 32) длина секции факела НН1 равна (0,75 - (6,3)0, а обща  длина муфел  камеры внешнего обогрева Hi равна Нв-(1 - 7)0.The size of the outer muffle corresponds to the aspect ratio provided that the inner diameter DI of the cooling and flare sections at their junction is DC.K + 2 5V (3 - 32) the length of the flare section HH1 is (0.75 - (6.3) 0 , and the total length of the muffles of the external heating chamber Hi is HB- (1 - 7) 0.

- Послойное распределение материалов футеровки производитс  таким образом , чтобы внутренн   граница каждого сло  находилась в зоне предельной температуры применени  данного материала с 10%-ным запасом.- Layer-by-layer distribution of the lining materials is carried out so that the inner boundary of each layer is within the temperature limit of use of the material with a 10% margin.

Как показал эксперимент, использование в конструкции футеровки последовательно , например, корунда, пенокорунда, пеноглековеса, ультралегковеса и асбокар- тона обеспечивает возможность оптимизировать теплоперенос от внутренней стенки муфел  к наружной стенке корпуса и изготовить корпус оптимального размера, возможность быстрой, точной обработки , конструкции и длительный срок ее эксплуатации .As the experiment showed, the use of lining, for example corundum, foam corundum, foam weight, ultralight weight and asbestos board in series, provides the opportunity to optimize heat transfer from the inner wall of the muffle to the outer wall of the casing and to produce the casing of the optimal size, the ability to quickly, accurately process, design and long the term of its operation.

Экспериментально подтверждено, что система автоматического поддержани  фронта кристаллизации обеспечивает, определ емое технологией, расположение фронта кристаллизации с точностью не хуже 1/2 - 1/4 толщины сло  расплава в зависимости от кристаллизуемого материала.It has been experimentally confirmed that the system for automatically maintaining the crystallization front provides, as determined by the technology, the location of the crystallization front with an accuracy of no worse than 1/2 - 1/4 of the thickness of the melt layer, depending on the material being crystallized.

П р и м е р. На кристаллизационной установке дл  выращивани  кристаллов повышенной оптической однородности с внутренним диаметром секции кристаллизации внутреннего муфел  Ос.к равным 40 мм с трехходовой основной горелкой при диаметре наружного кольцевого канала дл  подачи газа равном 24,8 мм и двухходовой дополнительной горелкой выращены безблочные кристаллу длиной до 160 мм и диаметром/до , 30 мм. с плотностью дислокаций 103-104 см2, радиальный градиент показател , преломлени  в таких кристаллах Л, (3,1 - 3.3), что в два разаPRI me R. On a crystallization installation for growing crystals of increased optical uniformity with an inner diameter of the crystallization section of the inner muffle Os.k equal to 40 mm with a three-way main burner with a diameter of the outer annular channel for gas supply equal to 24.8 mm and two-way additional burner, blockless crystals were grown up to 160 mm long and diameter up to 30 mm. with a dislocation density of 103-104 cm2, a radial gradient of the exponent, refractions in such crystals A, (3.1 - 3.3), which is two times

меньше, чем в ранее известных кристаллах. Кристаллы, выращенные в предложенных услови х имеют отклонени  по диаметру не более чем на 2%, что лучше в 6,0 раз ранееless than in previously known crystals. Crystals grown under the proposed conditions have deviations in diameter of no more than 2%, which is 6.0 times better

выращенных, суммарный расход газов уменьшилс  на 12,7%, расход шихты уменьшилс  в среднем на 9.4%. энергоемкость процесса снизилась в 2-5 раз.grown, the total gas consumption decreased by 12.7%, the charge consumption decreased by an average of 9.4%. energy intensity of the process decreased by 2-5 times.

Как показали эксперименты, кристаллы,As shown by experiments, crystals,

выращенные на предлагаемой установке, обладают повышенной оптической однородностью , что обеспечивает изготовлени  высококачественных активных элементов дл  лазеров, деталей конструкций дл  машиностроени , приборостроени , оптической , часовой и ювелирной промышленности .grown on the proposed installation have increased optical uniformity, which ensures the manufacture of high-quality active elements for lasers, structural parts for mechanical engineering, instrument making, optical, watch and jewelry industries.

Claims (6)

1. Способ выращивани  кристаллов методом Вернейл , включающий подачу шихты в камеру кристаллизации через центральный канал многоканальной горелки , одновременную подачу через ее каналы чередующимис  потока кислорода и водорода , плавление шихты в зоне фронта кристаллизации и роста на затравочном кристалле, отличающийс  тем, что, с целью увеличени  размеров выращиваемых кристаллов с высокой оптической однородностью , наружную стенку камеры кристаллизации нагревают дополнительными потоками кислорода и водорода, подаваемыми сверху через каналы дополнительной горелки.1. A method of growing crystals by the Verneil method, comprising feeding the charge into the crystallization chamber through the central channel of a multi-channel burner, simultaneously supplying oxygen and hydrogen flows through its channels, melting the charge in the zone of the crystallization front and growing on the seed crystal, characterized in that, for the purpose of increasing the size of the grown crystals with high optical uniformity, the outer wall of the crystallization chamber is heated with additional oxygen and hydrogen flows supplied from above Res additional burner ports. .. 2. Способ по п.Т, о т л ичающийс  тем, что максимум температуры на внутренней стенки камеры кристаллизации расположен над зоной фронта кристаллизации и выше температуры в этой зоне на 30 250°С , перепад температуры между кристаллом и внутренней стенкой камеры кристаллизации составл ет ДТ 10 - 100°С, а температура стенки камеры кристаллизации на рассто нии не более 4Д ниже зоны2. The method according to item T, wherein the maximum temperature on the inner wall of the crystallization chamber is located above the zone of the crystallization front and above the temperature in this zone by 30-250 ° C, the temperature difference between the crystal and the inner wall of the crystallization chamber is DT 10 - 100 ° C, and the temperature of the wall of the crystallization chamber at a distance of no more than 4D below the zone фронта кристаллизации имеет плавное пониженное не более чем на 10% от температуры в области фронта кристаллизации, где D - диаметр кристаллодержател , равный диаметру кристалла.the crystallization front has a smooth decrease of no more than 10% of the temperature in the region of the crystallization front, where D is the diameter of the crystal holder equal to the diameter of the crystal. 3. Способ-no пп,1 и 2, от л и ч а ю щи й- с   тем, что скорость истечени  потока кислорода по внутреннему каналу основной горелки составл ет у0сн.О2 0,3 - 2,5 м/с, в каждом последующем канале скорость истечени  потока в 1,1 - 3,4 раза больше, отношение скоростей истечени  кислорода и водорода в первом потоке составл ет VOCH. 0,1 - 0,85, а в последующем потоке равно v2ocH. 0,21 - 1,2 при отношении расходов3. The method is no pp, 1 and 2, with the exception that the rate of expiration of the oxygen flow through the internal channel of the main burner is 0 0.sub.O2 0.3 - 2.5 m / s, in in each subsequent channel, the flow rate is 1.1 to 3.4 times greater, the ratio of the rates of oxygen and hydrogen flow in the first stream is VOCH. 0.1 - 0.85, and in the subsequent stream is equal to v2ocH. 0.21 - 1.2 in relation to expenses кислорода и водорода в первом потоке QIOCH..« 1,8 - 2,75, факел имеет диаметр не менее 0,7 диаметра кристалла и длину LOCH. 0.6 - 1,2 рассто ни  от торца основной горелки до фронта кристаллизации, скорость истечени  кислорода через дополнительную горелку равно vRon.O2 - 0,7 - 6,0 м/с, отношение скоростей истечени  кислорода и водорода составл ет Одоп. 0,5 - 4,5, и оптимальна  длина факела равна LRon. 1,1 - 2,0 расстр ни  между торцом дополнительной горелки и фронтом кристаллизации .oxygen and hydrogen in the first stream QIOCH .. "1.8 - 2.75, the torch has a diameter of not less than 0.7 of the diameter of the crystal and the length of the LOCH. 0.6 - 1.2 distance from the end of the main burner to the crystallization front, the rate of oxygen outflow through the additional burner is vRon.O2 - 0.7 - 6.0 m / s, the ratio of the rates of outflow of oxygen and hydrogen is Odop. 0.5 - 4.5, and the optimal torch length is LRon. 1.1 - 2.0 shots between the end of the auxiliary burner and the crystallization front. 4. Установка дл  выращивани  кристаллов методом Вернейл , содержаща  камеру кристаллизации, кристаллодержатель, установленный в ней с возможностью вращени  и вертикального перемещени , размещенную над ним основную многоканальную горелку , дополнительную горелку, бункер, снабженный средством подачи шихты в камеру кристаллизации, и средство контрол , отличающа  с   тем, что, с целью, увеличени  размеров выращиваемых кристаллов с высокой оптической однородно- стью, камера кристаллизации выполнена в виде двух изолированных коаксиальных муфелей , окруженных многослойной футеровкой , дополнительна  горелка установлена коаксиально основной и соединена с наруж- 4. Installation for growing crystals by the Verneil method, comprising a crystallization chamber, a crystal holder mounted therein for rotation and vertical movement, a main multi-channel burner placed above it, an additional burner, a hopper provided with means for supplying the charge to the crystallization chamber, and control means so that, in order to increase the size of the grown crystals with high optical uniformity, the crystallization chamber is made in the form of two isolated coaxial muffles surrounded by a multilayer lining, an additional burner is installed coaxially with the main one and connected to the outside ным муфелем, бункер снабжен дозатором, размещенным под ним, а средством контрол  выполнено в виде автоматической системы поддержани  фронта кристаллизации и диаметра кристалла, св занной с дозатором и средством подачи газов в горелки.With a muffle, the hopper is equipped with a dispenser located under it, and the control means is made in the form of an automatic system for maintaining the crystallization front and the diameter of the crystal associated with the dispenser and means for supplying gases to the burners. 5. Установка по п.4. отличающа  с   тем, что внутренний муфель выполнен трехсекционным, высота верхней секции которого равна Hei (0,75 - 5.4)D, высота средней секции равна НВ2 °(1 2)0 и высота нижней секции равна Нвз (5 - 20)D, наружный муфель имеет длину Нн HBi + Н82 + Нвз - (1 - 7р и выполнен из двух секций, высота верхней секции равна (0,75 - 6,3)D, а нижн   секци  выполнена в форме усеченного конуса с углом наклона образующей к вертикальной оси 0,5 -1,5°.5. Installation according to claim 4. characterized in that the inner muffle is made of three sections, the height of the upper section of which is Hei (0.75 - 5.4) D, the height of the middle section is HB2 ° (1 2) 0 and the height of the lower section is HBZ (5 - 20) D, the outer the muffle has a length of Нн HBi + Н82 + НВз - (1 - 7р and is made of two sections, the height of the upper section is (0.75 - 6.3) D, and the lower section is made in the form of a truncated cone with an angle of inclination of the generatrix to the vertical axis 0.5 -1.5 °. 6. Установка по пп.4 и 5, отличающа  с   тем, что с целью стабилизации процесса роста, автоматическа  система поддержани  фронта кристаллизации и диаметра кристалла включает источник рентгеновского излучени , установленный снаружи камеры кристаллизации, размещенные диаметрально противоположно подсистемы преобразовани  и обработки информации, св занные соответственно с подсистемами подачи шихты и расхода газов .6. Installation according to claims 4 and 5, characterized in that in order to stabilize the growth process, the automatic system for maintaining the crystallization front and crystal diameter includes an x-ray source mounted outside the crystallization chamber, diametrically opposed to the information conversion and processing subsystems accordingly with the subsystems of the charge and gas flow. 2-гпф2-gpf 5Ш)Ш5Sh) Sh ИAND Фиг.ЗFig.Z
SU4844212 1990-06-28 1990-06-28 Method for growing crystals by verneuil method and plant for its realization RU1820925C (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4844212 RU1820925C (en) 1990-06-28 1990-06-28 Method for growing crystals by verneuil method and plant for its realization

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4844212 RU1820925C (en) 1990-06-28 1990-06-28 Method for growing crystals by verneuil method and plant for its realization

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU1820925C true RU1820925C (en) 1993-06-07

Family

ID=21523675

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU4844212 RU1820925C (en) 1990-06-28 1990-06-28 Method for growing crystals by verneuil method and plant for its realization

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU1820925C (en)

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
07.06.93. БЮл. №21 *
Попов С.К. Выращивание кристаллов синтетического корунда в виде буль и стержней. Сб. статей Рост кристаллов, АН СССР,т.2,с.141, 1056. Вильке К.Т. Выращивание кристаллов, Л.: Недра, 1977, с.394. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4383843A (en) Methods of and apparatus for heating a preform from which lightguide fiber is drawn
KR101367053B1 (en) Method and Apparatus for Controlling the Level of a Molten Material in a Glass Manufacturing System
US4389725A (en) Electric boosting control for a glass forehearth
RU1820925C (en) Method for growing crystals by verneuil method and plant for its realization
US9790116B2 (en) Vertical crucible pulling method for producing a glass body having a high silicic-acid component
US5485802A (en) Method and apparatus for pulling monocrystals from a melt
JPH11292682A (en) Production of silicon single crystal and production apparatus
US4312656A (en) Glass ribbon width control method in float process
JPH01122988A (en) Growth of single crystal and apparatus for production thereof
RU167487U1 (en) DEVICE FOR PRODUCING LARGE PIPES BY CONTINUOUS METHOD FROM MINERAL OR SYNTHETIC QUARTZ CONTAINING RAW MATERIALS
US4000977A (en) Apparatus for producing monocrystals by the verneuil technique
EP0870735B1 (en) Method and apparatus for controlling flow of casing glass in a cased glass stream
RU2720840C1 (en) Method (embodiments) and device (embodiments) for production of continuous mineral fibre
US3282654A (en) Crystal growing furnace with an alumina liner
CN217757742U (en) Burner nozzle for growing strontium titanate single crystal by flame fusion method with constant temperature control
RU2068814C1 (en) Method for manufacturing filaments from melt of rocks and device
CN115745373B (en) Material mountain regulating and controlling device, kiln and material mountain regulating and controlling method
KR101556635B1 (en) Constant weight powder feeding equipment for manufacturing quartz glass ingot
CN115745373A (en) Material hill regulation and control device, kiln and material hill regulation and control method
JPH0535094B2 (en)
JPS60264336A (en) Manufacture of optical glass preform
SU798345A1 (en) Glass-making furnace automatic control method
SU1521720A1 (en) Method of controlling temperature conditions of welding-on quartz glass blocks
JPH03153537A (en) Production of quartz glass ingot
KR20190017078A (en) Automatic powder feeding method and system for manufacturing quartz glass ingot