RU2040599C1 - Method for production of single crystals of rare-earth metal borides - Google Patents

Method for production of single crystals of rare-earth metal borides Download PDF

Info

Publication number
RU2040599C1
RU2040599C1 SU4863744A RU2040599C1 RU 2040599 C1 RU2040599 C1 RU 2040599C1 SU 4863744 A SU4863744 A SU 4863744A RU 2040599 C1 RU2040599 C1 RU 2040599C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
rare
recrystallization
rod
earth metal
single crystals
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Абдукаюм Абдулхаиевич Таджиев
Original Assignee
Ташкентский государственный технический университет
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 Ташкентский государственный технический университет filed Critical Ташкентский государственный технический университет
Priority to SU4863744 priority Critical patent/RU2040599C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2040599C1 publication Critical patent/RU2040599C1/en

Links

Images

Landscapes

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

Abstract

FIELD: growing of single and large-block crystals. SUBSTANCE: in course of crucibleless zone melting, crystallized part of remelting rod is cooled down to temperature of 1200-1300 C. Recrystallization is accomplished directly in the process of crucibleless zone melting when heating up to 1500-1600 C held for 3-5 h with subsequent slow cooling at the rate of 5-15 C per minute. EFFECT: higher efficiency. 1 dwg

Description

Изобретение касается роста кристалла и может быть использовано при выращивании моно- и крупноблочных кристаллов бора и его соединений методом бестигельной зонной плавки. The invention relates to crystal growth and can be used in the growth of mono- and large-block crystals of boron and its compounds by the crucible-free zone melting method.

В настоящее время кристаллы бора и его соединений высокой степени чистоты получают методом бестигельной зонной плавки. Кристаллы боридов полученные этим способом обычно содержат микротрещины и структурные дефекты из-за низкого значения теплопроводности. Чем больше диаметр выращиваемого кристалла, тем больше указанные дефекты. Во многих случаях это является препятствием получения монокристаллических стержней, т.е. центральная, внутренняя часть получается монокристаллической, периферийная часть поликристаллической [1]
Известен способ [2] применения тепловых экранов и дополнительных нагревательных печей, а также пропускание тока с большой плотностью через образец.
At present, crystals of boron and its compounds of a high degree of purity are obtained by the method of zoneless melting. Boride crystals obtained by this method usually contain microcracks and structural defects due to the low value of thermal conductivity. The larger the diameter of the grown crystal, the greater the specified defects. In many cases, this is an obstacle to obtaining single crystal rods, i.e. the central, inner part is single-crystal, the peripheral part is polycrystalline [1]
A known method [2] the use of heat shields and additional heating furnaces, as well as passing a current with a high density through the sample.

Однако в этих печах температуру нагрева выбирают выше температуры хрупкого разрушения, т.е. возникающие деформации при росте кристалла носят упругий характер, или же проводят процесс отжига при относительно низких температурах только для снятия термических напряжений. Это необходимо для уменьшения дефектов. However, in these furnaces, the heating temperature is chosen above the brittle fracture temperature, i.e. deformations arising during crystal growth are elastic, or they carry out the annealing process at relatively low temperatures only to relieve thermal stresses. This is necessary to reduce defects.

Известен также способ получения монокристалла борида иттрия методом бестигельной зонной плавки [3] При этом нагревательное кольцо из термостойкого материала с хорошей теплопроводностью и низкой упругостью паров располагается вокруг поликристаллического стержня. Кольцо нагревает током высокой частоты и получают зону расплава. There is also known a method of producing a single crystal of yttrium boride by the method of crucible-free zone melting [3] In this case, a heating ring of a heat-resistant material with good thermal conductivity and low vapor pressure is located around the polycrystalline rod. The ring heats with a high-frequency current and a melt zone is obtained.

К недостаткам этого способа следует отнести некоторые технические трудности. Незначительные отклонения тепловых процессов могут так изменить технологический режим, что в процессе выращивания происходит рост поликристаллического стержня. The disadvantages of this method include some technical difficulties. Insignificant deviations of thermal processes can change the technological mode in such a way that during the growing process a polycrystalline rod grows.

Цель изобретения повышение качества монокристалла и упрощение процесса. The purpose of the invention is to improve the quality of the single crystal and simplify the process.

Цель достигается тем, что в известном способе получения монокристаллов боридов редкоземельных металлов, включающим бестигельную зонную плавку путем перемещения расплавленной зоны вдоль исходного стержня и охлаждение, непосредственно после прохождения расплавленной зоны переплавленную часть стержня охлаждают до 1200-1300оС, подвергают рекристаллизацию при 1500-1600оС в течение 3-5 ч, а охлаждение ведут со скоростью 5-15 град/мин.The object is achieved by the fact that in the known method for producing single crystals of borides of rare earth metals, including smelting floating-band by moving the molten zone along the starting rod and cooled immediately after passing the molten zone remelting of part of the rod was cooled to 1200-1300 ° C, subjected to recrystallization during 1500-1600 about C for 3-5 hours, and cooling is carried out at a speed of 5-15 deg / min.

В отличие от прототипа в предлагаемом способе в процессе бестигельной зонной плавки кристаллизуемую часть стержня охлаждают до 1200-1300оС, при которой возникают пластические микродеформации, и его подвергают рекристаллизацию.Unlike the prior art in the present process in the process of floating zone melting crystallizable portion of the rod was cooled to 1200-1300 ° C, at which there are plastic microstrain, and subjected to recrystallization.

Другое отличие состоит в том, что рекристаллизацию осуществляют в процессе бестигельной зонной плавки при 1500-1600оС в течении 3-5 ч в дополнительной печи сопротивления. Кроме того, для предотвращения возникновения микротрещин при охлаждении после рекристаллизации, охлаждения осуществляют при уменьшении температуры до комнатной 5-15оС в мин.Another difference is that the recrystallization is carried out in the process of floating zone melting at 1500-1600 ° C for 3-5 hours in additional resistance furnace. In addition, to prevent the occurrence of microcracks during cooling after recrystallization, cooling is carried out with a decrease in temperature to room temperature of 5-15 about C in min

Принципиальное отличие предлагаемого способа от известных в настоящее время заключается в том, что в процессе бестигельной зонной плавки из-за низкого значения теплопроводности и вследствие этого больших температурных градиентов в выращиваемом кристалле при охлаждении кристаллизуемой части стержня до 1200-1300оС возникают пластические микродеформации, а также неоднородность дефектов в микрообъеме, котоpые создают дополнительные движущие силы рекристаллизации. В результате при рекристаллизации после прохождения расплавленной зоны при 1500-1600оС происходит рост крупноблочного кристалла из твердой закристаллизованной фазы. Рост кристалла начинается с тонкого начального участка, который после бестигельной зонной плавки имеет монокристаллическую структуру. Проведение рекристаллизации в течении 3-5 ч приводит к росту монокристалла за счет дополнительной силы рекристаллизации. При этом одновременно осуществляется отжиг остаточных термических напряжений и залечивание дефектов.The fundamental difference of the proposed method of the presently known is that in the process of floating zone melting due to a low thermal conductivity and thereby large temperature gradients in the grown crystal, upon cooling the crystallizing part of the rod to 1200-1300 ° C having plastic microstrain, and also the heterogeneity of defects in the microvolume, which create additional driving forces of recrystallization. As a result, recrystallization after passing the molten zone at 1500-1600 ° C krupnoblochnogo crystal growth occurs from a solid crystallized phase. Crystal growth begins with a thin initial portion, which after a crucible-free zone melting has a single-crystal structure. Conducting recrystallization for 3-5 hours leads to the growth of a single crystal due to the additional force of recrystallization. In this case, annealing of residual thermal stresses and healing of defects are simultaneously carried out.

Качество монокристалла существенно зависит от режима охлаждения, так как соединения бора вида МВ66 имеют очень низкую теплопроводность. Напряжения при охлаждении могут привести к появлению микротрещин в стержне. Для предотвращения возникновения микротрещин во время охлаждения монокристалл охлаждает при уменьшении температуры до 5-15оС в мин.The quality of a single crystal substantially depends on the cooling mode, since boron compounds of the type MV 66 have very low thermal conductivity. Stresses during cooling can cause microcracks in the rod. To prevent microcracking during cooling of the single crystal cools the temperature is decreased to 5-15 ° C per minute.

Таким образом, удается получить монокристаллические стержни боридов редкоземельных металлов вида МВ66 без микротрещин и с возможно меньшими структурными дефектами.Thus, it is possible to obtain single-crystal rods of rare-earth metal borides of the type MV 66 without microcracks and with the smallest possible structural defects.

На чертеже схематически изображен предлагаемый способ получения монокристалла соединений бора. The drawing schematically shows the proposed method for producing a single crystal of boron compounds.

П р и м е р 1. Проводилась бестигельная зонная плавка стержней GdВ66. Исходный состав, мас. В 81,5 (чистота используемого порошка 99,532) Gd 17,9 марки ГДМ-1 (ТУ-48-4-210-12). Основные примеси, мас. Al 0,028; Si 0,07; Fe 0,27; C 0,095. Стержни получены холодным прессованием из синтезированных порошков на прессе ПСУ-10 при давлении 205 МПа (2087 кг/см2) с последующим спеканием при 1600оС в течении 2 ч в промышленной печи сопротивления СШВЛ 0,62/25 при избыточной давлении гелия высокой чистоты (99,985 ТУ-51-689-75) 118 КПа (1,2 атм). Зонную плавку проводят на высокочастотной установке "Кристалл ДМ" (рабочая частота -5,28 МГц, колебательная мощность 6,3 КВт) в среде особо чистого гелия при давлении 127,4 КПа. Температура расплава 2100оС. В процессе бестигельной зонной плавки перемещают переплавляемый стержень со скоростью 0,8 мм/мин с формированием тонкой начальной участки 1. По мере движения стержня вниз от высокочастотного индуктора 2, кристаллизуемая часть 3 охлаждают до 1300оС и затем стержень начинает входить вовнутрь печи сопротивления 4, в котором осуществляют нагрев до 1600оС (температуру измеряют оптическим пирометром ОППИР-017 с точностью 50оС). После вхождения стержня по всей длине в печь, выдерживают его в течении 3 ч при 1600оС. Затем охлаждают его до комнатной температуры вместе с печью с уменьшением температуры 5оС в мин. Химический состав кристалла, мас. В 81,75; Gd 18,15. Общее содержание примеси 0,1 мас. Плотность дислокации 6.104 3.10-5 см-2 определялась металлографическим анализом на микроскопе МИМ-8М. Монокристалличность определялось рентгенограммом по методу Лаэу. Pазмеры стержня d 4-5 мм, l 70 мм.Example 1. Crucibleless zone melting of GdB 66 rods was carried out. The initial composition, wt. At 81.5 (the purity of the powder used 99.532) Gd 17.9 brand GDM-1 (TU-48-4-210-12). The main impurities, wt. Al 0.028; Si 0.07; Fe 0.27; C 0.095. The rods prepared by cold pressing of powders synthesized in the press CSP-10 at a pressure of 205 MPa (2087 kg / cm 2), followed by sintering at 1600 C for 2 hours in an industrial furnace resistance SSHVL 0.62 / 25 at excess pressure high purity helium (99.985 TU-51-689-75) 118 KPa (1.2 atm). Zone melting is carried out on a high-frequency installation "Crystal DM" (operating frequency -5.28 MHz, vibrational power 6.3 kW) in a medium of very pure helium at a pressure of 127.4 KPa. Melt temperature 2100 ° C. In the process of floating zone melting remelt rod is moved at a speed of 0.8 mm / min to form the initial thin portions 1. As the motion of the rod downwardly from the high-frequency inductor 2, 3-crystallizable portion is cooled to 1300 C. and then the rod It begins to enter inside a resistance furnace 4, wherein heating is carried out up to 1600 ° C (the temperature is measured with an optical pyrometer OPPIR-017 within 50 ° C). After entering the bar over the entire length in the oven, it was kept for 3 hours at 1600 ° C. Then it was cooled to room temperature, the furnace temperature is lowered 5 ° C per minute. The chemical composition of the crystal, wt. B 81.75; Gd 18.15. The total impurity content of 0.1 wt. The dislocation density of 6.10 4 3.10 -5 cm -2 was determined by metallographic analysis on a MIM-8M microscope. Monocrystallinity was determined by x-ray according to the Laeu method. Shaft dimensions d 4-5 mm, l 70 mm.

П р и м е р 2. Процесс осуществляют как в примере 1, за исключением того, что в отличие от примера 1, переплавляемый стержень перемещают со скоростью 2 мм/мин, кристаллизуемую часть охлаждают до 1200оС и нагрев в печи сопротивления осуществляют при 1500оС с выдержкой в течении 5 ч с последующим охлаждением до комнатной температуры при уменьшении температуры до 15оС в мин. Химический состав кристалла, мас. В 81,77; Gd 18,2, содержания примесей 0,1% плотность дислокации 8˙104 2˙105 см-2.EXAMPLE Example 2 The process is carried out as in Example 1 except that unlike Example 1, remelt rod is moved at a speed of 2 mm / min, crystallizable portion is cooled to 1200 C. and heated in a resistance furnace is carried out at 1500 о С with holding for 5 hours followed by cooling to room temperature with a decrease in temperature to 15 о С per min. The chemical composition of the crystal, wt. B 81.77; Gd 18.2, impurity content 0.1% dislocation density 8˙10 4 2˙10 5 cm -2 .

Предлагаемый способ позволяет получить монокристаллы полупроводниковых соединений бора с редкоземельного металла вида МВ66 (М-редкоземельный металл), в частности GdB66 с меньшими значениями плотности дислокации.The proposed method allows to obtain single crystals of semiconductor boron compounds from a rare-earth metal of the type MV 66 (M-rare-earth metal), in particular GdB 66 with lower values of the dislocation density.

Способ позволяет также упростить технологический процесс, так как в нем отсутствует быстрый возврат концентратора мощности в нижнюю часть стержня, а также проведение второго прохода узкой нагретой зоны для рекристаллизации. The method also allows to simplify the process, since it does not have a quick return of the power concentrator to the lower part of the rod, as well as the second passage of a narrow heated zone for recrystallization.

Claims (1)

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МОНОКРИСТАЛЛОВ БОРИДОВ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ МЕТАЛЛОВ, включающий бестигельную зонную плавку путем перемещения расплавленной зоны вдоль исходного стержня и охлаждение, отличающийся тем, что, с целью повышения качества монокристаллов и упрощения процесса, непосредственно после прохождения расплавленной зоны переплавленную часть стержня охлаждают до 1200 1300oС, подвергают рекристаллизации при 1500 1600oС в течение 3 5 ч и охлаждение ведут со скоростью 5 15 град/мин.METHOD FOR PRODUCING SINGLE CRYSTAL borides of rare earth metals, comprising floating-band melt by moving the molten zone along the starting rod and cooling, characterized in that, to improve the quality of single crystals and simplify the process, immediately after passing the molten zone remelting of part of the bar is cooled to 1200 1300 o C, subjected to recrystallization at 1500 1600 o C for 3-5 hours and cooling is carried out at a speed of 5 to 15 deg / min.
SU4863744 1990-08-31 1990-08-31 Method for production of single crystals of rare-earth metal borides RU2040599C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4863744 RU2040599C1 (en) 1990-08-31 1990-08-31 Method for production of single crystals of rare-earth metal borides

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4863744 RU2040599C1 (en) 1990-08-31 1990-08-31 Method for production of single crystals of rare-earth metal borides

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2040599C1 true RU2040599C1 (en) 1995-07-25

Family

ID=21534679

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU4863744 RU2040599C1 (en) 1990-08-31 1990-08-31 Method for production of single crystals of rare-earth metal borides

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2040599C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108251664A (en) * 2016-12-29 2018-07-06 有研稀土新材料股份有限公司 The method of purification of rare earth metal and rare earth metal

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. Габуния Д.Л. Некоторые особенности выращивания и свойства кристаллов XXX -ромбоэдрического бора. Автореф.дис. на соиск.учен.степени к-т физ.-мат.наук. Тбилиси, 1975, с.25. *
2. Немыский П.Б. и др. Исследование процессов кристаллизации XXX -ромбоэдрической модификации бора./В кн. "Рост кристаллов", Наука, 1967, т.VII, с.222. *
3. Патент Японии N 62-30160, кл. C 30B 29/10, опублик. 1987. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108251664A (en) * 2016-12-29 2018-07-06 有研稀土新材料股份有限公司 The method of purification of rare earth metal and rare earth metal

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7918936B2 (en) System and method for crystal growing
US5817172A (en) Preparation of oxide crystals
KR101235772B1 (en) Method for growing silicon carbide single crystal
JPH01501468A (en) Equipment for growing single crystals in a predetermined shape
CN110016718A (en) A kind of processing method for growing silicon carbide crystal with high quality feedstock purification
US3870472A (en) Method and apparatus for growing crystals by annealing the crystal after formation
US4303465A (en) Method of growing monocrystals of corundum from a melt
Armington et al. Strengthening of halides for infrared windows
EP0405362A1 (en) Method for manufacturing alloy rod having giant magnetostriction
RU2040599C1 (en) Method for production of single crystals of rare-earth metal borides
CN107557854A (en) A kind of method that high-purity bulk crystals silicon is grown using the controllable metaplasia of silicon alloy
JPH05262512A (en) Purification of silicon
US4186046A (en) Growing doped single crystal ceramic materials
US4877596A (en) Process for the production of low carbon silicon
Kamimura et al. Floating zone growth of monochromator grade crystals of YB66
JP3005633B2 (en) Method for producing polycrystalline silicon ingot for solar cell
JPS58217419A (en) Method and device for manufacturing polycrystal silicon rod
CN1109777C (en) Method for growing crystal by zone melting of special-shaped heating plate
JP3069656B1 (en) Method for producing spherical metallic titanium and titanium compound
Taft et al. Zone purification of silicon
Oliver et al. Cold metal crucible system for synthesis, zone refining, and Czochralski crystal growth of refractory metals and semiconductors
Hyder et al. In-situ synthesis and growth of indium phosphide
CA1043534A (en) Process for the production of iii a - v b compounds
Khattak et al. Growth of silicon ingots by HEM for photovoltaic applications
Saleeb et al. Preparation of Oriented Single Crystals of Iron and Dilute Iron‐Silicon Alloys by the Strain Anneal Technique