RU2590568C1 - Method for deposition of monocrystalline tungsten-based alloys - Google Patents
Method for deposition of monocrystalline tungsten-based alloys Download PDFInfo
- Publication number
- RU2590568C1 RU2590568C1 RU2015118190/05A RU2015118190A RU2590568C1 RU 2590568 C1 RU2590568 C1 RU 2590568C1 RU 2015118190/05 A RU2015118190/05 A RU 2015118190/05A RU 2015118190 A RU2015118190 A RU 2015118190A RU 2590568 C1 RU2590568 C1 RU 2590568C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- temperature
- deposition
- alloy
- substrate
- tungsten
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к химическому осаждению материалов, а именно - к осаждению методом химических транспортных реакций (ХТР) вольфрама, легированного ниобием или танталом, и может быть использовано в электровакуумном приборостроении, электронике.The invention relates to the chemical deposition of materials, namely, to the deposition by the method of chemical transport reactions (CTR) of tungsten doped with niobium or tantalum, and can be used in electro-vacuum instrumentation, electronics.
Известен способ эпитаксиального выращивания монокристаллического вольфрама методом ХТР [Ю.И. Сидоров, В.П. Смирнов, Г.А. Ромашевский и др. Эпитаксиальное выращивание монокристаллического вольфрама путем химических транспортных реакций. - М.: АН СССР. Поверхность. Физика, химия, механика. 1986, №4, с. 123-128]. В условиях высоких рабочих температур высокая чистота по примесям внедрения и отсутствие большеугловых границ зерен в монокристалле вольфрама наделяет его рядом преимуществ по сравнению с традиционными тугоплавкими металлами с поликристаллической структурой [А.А. Ястребков, Ю.В. Николаев, В.А. Репий, В.П. Смирнов, Н.Г. Афанасьев. Конструкционные материалы на основе монокристаллов молибдена, вольфрама и ниобия. Цветные металлы, 2007, №11, с. 6-9]. Однако чистый монокристалл обладает высокой пластичностью и меньшей жаропрочностью. Поэтому для изделий из монокристаллического вольфрама, работающих при высокой температуре под нагрузкой, для которых важна геометрическая стабильность, деформация является главным ресурсоограничивающим фактором.A known method of epitaxial growth of single-crystal tungsten by the method of KhTR [Yu.I. Sidorov, V.P. Smirnov, G.A. Romashevsky et al. Epitaxial growth of single-crystal tungsten by chemical transport reactions. - M .: AN USSR. Surface. Physics, chemistry, mechanics. 1986, No. 4, p. 123-128]. At high operating temperatures, high purity with respect to interstitial impurities and the absence of high-angle grain boundaries in a tungsten single crystal gives it a number of advantages compared with traditional refractory metals with a polycrystalline structure [A.A. Yastrebkov, Yu.V. Nikolaev, V.A. Repiy, V.P. Smirnov, N.G. Afanasyev. Structural materials based on single crystals of molybdenum, tungsten and niobium. Non-ferrous metals, 2007, No. 11, p. 6-9]. However, a pure single crystal has high ductility and lower heat resistance. Therefore, for single-crystal tungsten products operating at high temperatures under load, for which geometric stability is important, deformation is the main resource-limiting factor.
Для решения этой проблемы в монокристаллический вольфрам вводят легирующие добавки. Так известно, что легирование монокристаллического вольфрама ниобием или танталом порядка 2% по массе, осуществляемое методом химических транспортных реакций, приводит при высоких рабочих температурах (до 1700°C) к увеличению характеристик кратковременной прочности в 3-4 раза и снижению скорости установившейся ползучести на 3-4 порядка по сравнению с нелегированным монокристаллическим вольфрамом [А.А. Ястребков, Н.Г. Афанасьев, В. А. Репий, В.П. Смирнов. Разработка жаропрочных монокристаллических сплавов на основе молибдена и вольфрама. Цветные металлы, 2007, №11, с. 10-14].To solve this problem, dopants are introduced into single crystal tungsten. It is well known that doping of single-crystal tungsten with niobium or tantalum of the order of 2% by mass, carried out by chemical transport reactions, at high operating temperatures (up to 1700 ° C) leads to an increase in the characteristics of short-term strength by 3-4 times and a decrease in the rate of steady creep by 3 -4 orders of magnitude compared to undoped single-crystal tungsten [A.A. Yastrebkov, N.G. Afanasyev, V.A. Repiy, V.P. Smirnov. Development of heat-resistant single-crystal alloys based on molybdenum and tungsten. Non-ferrous metals, 2007, No. 11, p. 10-14].
Наиболее близким по технической сущности и решаемой задаче является способ осаждения монокристаллических сплавов вольфрама методом химических транспортных реакций на трубчатую подложку из монокристаллического молибдена, установленную внутри сырьевой трубы из вольфрама, включающий разогрев подложки при помощи внутреннего нагревателя до температуры осаждения сплава 1500÷1800°C и подачу пентахлорида легирующего металла в объем реакционного аппарата [В.П. Смирнов, А.А. Ястребков, Н.Г. Афанасьев, Л.Е. Кошкин. Эпитаксиальное выращивание монокристаллического W и сплава W-Nb методом химических транспортных реакций. Цветные металлы, 2007, №11, с. 18-21].The closest in technical essence and the problem to be solved is a method of deposition of single-crystal tungsten alloys by the method of chemical transport reactions on a tubular substrate of single-crystal molybdenum, installed inside a raw material tube from tungsten, including heating the substrate using an internal heater to the deposition temperature of the alloy 1500 ÷ 1800 ° C and feeding pentachloride of alloying metal in the volume of the reaction apparatus [V.P. Smirnov, A.A. Yastrebkov, N.G. Afanasyev, L.E. Koshkin. Epitaxial growth of single-crystal W and W-Nb alloy by chemical transport reactions. Non-ferrous metals, 2007, No. 11, p. 18-21].
Недостатком указанного способа является то, что осажденные сплавы характеризуются неравномерным распределением легирующего металла, которое составляет порядка 60% относительно его среднего содержания (см. фиг. 1), что в свою очередь снижает жаропрочные свойства сплавов.The disadvantage of this method is that the deposited alloys are characterized by an uneven distribution of the alloying metal, which is about 60% relative to its average content (see Fig. 1), which in turn reduces the heat-resistant properties of the alloys.
Указанный недостаток обусловлен в первую очередь тем, что в процессе осаждения сплава, по мере увеличения его толщины, температура в зоне осаждения падает, что приводит к изменению скорости хлорирования сырьевой трубы, скорости восстановления хлоридов вольфрама и легирующего элемента.This drawback is primarily due to the fact that during the deposition of the alloy, as its thickness increases, the temperature in the deposition zone decreases, which leads to a change in the rate of chlorination of the feed pipe, the rate of reduction of tungsten chlorides and the alloying element.
Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является получение монокристаллических сплавов на основе вольфрама с равномерным распределением легирующих добавок, обладающих высокой жаропрочностью.The problem to which this invention is directed, is to obtain single-crystal alloys based on tungsten with a uniform distribution of alloying additives with high heat resistance.
Поставленная задача решается тем, что в способе осаждения монокристаллических сплавов на основе вольфрама методом химических транспортных реакций на трубчатую монокристаллическую молибденовую подложку, установленную внутри сырьевой трубы из вольфрама, включающем разогрев подложки при помощи внутреннего нагревателя до температуры осаждения сплава 1500÷1800°C и подачу пентахлорида легирующего металла в объем реакционного аппарата, согласно изобретению пентахлорид легирующего металла в реакционный аппарат подают при температуре подложки ниже температуры осаждения сплава, а температуру в зоне осаждения сплава в течение всего процесса осаждения поддерживают постоянной в диапазоне температур 1500÷1800°C путем постепенного увеличения температуры подложки по мере увеличения толщины осаждаемого сплава.The problem is solved in that in the method of deposition of tungsten-based single crystal alloys by chemical transport reactions on a tubular single-crystal molybdenum substrate mounted inside a tungsten feed pipe, including heating the substrate using an internal heater to an alloy deposition temperature of 1500 ÷ 1800 ° C and supplying pentachloride alloying metal in the volume of the reaction apparatus, according to the invention, alloying pentachloride metal in the reaction apparatus is served at a sub ki alloy below the deposition temperature, and the temperature of alloy deposition zone during the deposition process is maintained constant in the temperature range of 1500 ÷ 1800 ° C by gradually increasing the substrate temperature, increasing the thickness of the deposited alloy.
Пентахлорид легирующего металла в реакционный аппарат подают при температуре подложки 500÷1000°C.Alloy metal pentachloride is fed into the reaction apparatus at a substrate temperature of 500 ÷ 1000 ° C.
Температуру подложки в процессе осаждения увеличивают со скоростью 10÷12°C/час путем увеличения удельной мощности нагревателя.The temperature of the substrate during the deposition process is increased at a rate of 10 ÷ 12 ° C / hour by increasing the specific power of the heater.
В качестве легирующего металла используют ниобий или тантал.As the alloying metal, niobium or tantalum is used.
Изобретение позволяет получить химически однородный по толщине легированный сплав за счет обеспечения неизменности состава газовой фазы в зоне разложения галогенидов с течением времени. Стабилизация состава газовой фазы во времени осуществляется при равномерной подаче галогенидов легирующего металла в реакционное пространство. По сравнению с характерным неоднородным распределением легирующего металла, которое составляет в прототипе порядка 60% относительно его среднего содержания, в заявляемом изобретении достигается равномерное распределение легирующих добавок, колебания содержания которых не превышают 20%.The invention allows to obtain a chemically uniform thickness alloyed alloy by ensuring that the composition of the gas phase in the decomposition zone of the halides remains unchanged over time. The stabilization of the composition of the gas phase in time is carried out with a uniform supply of alloying metal halides into the reaction space. Compared with the characteristic inhomogeneous distribution of the alloying metal, which is about 60% in the prototype relative to its average content, the claimed invention achieves a uniform distribution of alloying additives, the content of which does not exceed 20%.
Введение пентахлорида легирующего металла при температуре осаждения сплава 1500-1800°C (по прототипу) обуславливает более интенсивное осаждение ниобия или тантала, что является причиной повышенной концентрации легирующего металла. Введение пентахлорида легирующего металла в реакционный аппарат при температуре подложки ниже температуры осаждения сплава (в соответствии с заявленным изобретением) позволяет подавить концентрационный пик легирующего металла вблизи внутренней поверхности осаждаемого сплава, который характерен для прототипа (см. фиг. 1).The introduction of pentachloride of the alloying metal at a deposition temperature of the alloy 1500-1800 ° C (according to the prototype) causes a more intense deposition of niobium or tantalum, which is the reason for the increased concentration of the alloying metal. The introduction of alloying metal pentachloride into the reaction apparatus at a substrate temperature below the deposition temperature of the alloy (in accordance with the claimed invention) allows to suppress the concentration peak of the alloying metal near the inner surface of the deposited alloy, which is typical for the prototype (see Fig. 1).
Кроме того, с течением времени при кристаллизации сплава увеличиваются масса и площадь излучающей поверхности и, следовательно, уменьшается температура в зоне осаждения, что вызывает уменьшение концентрации легирующего металла с ростом толщины монокристаллического сплава, определяемое снижением температуры в зоне осаждения. Как подтверждают проведенные эксперименты, для получения химически однородного по толщине легированного сплава температуру в зоне осаждения сплава в диапазоне 1500÷1800°C необходимо поддерживать постоянной в течение всего процесса осаждения путем постепенного увеличения температуры подложки по мере увеличения толщины осаждаемого сплава.In addition, over time, during crystallization of the alloy, the mass and area of the radiating surface increase and, consequently, the temperature in the deposition zone decreases, which causes a decrease in the concentration of the alloying metal with an increase in the thickness of the single crystal alloy, determined by a decrease in temperature in the deposition zone. As the experiments confirm, in order to obtain a chemically uniform alloyed alloy in temperature, the temperature in the alloy deposition zone in the range of 1500 ÷ 1800 ° C must be kept constant throughout the entire deposition process by gradually increasing the substrate temperature with increasing thickness of the deposited alloy.
При этом на основании расчетных данных температуру в зоне осаждения сплава можно поддерживать постоянной в диапазоне 1500÷1800°C, увеличивая температуру подложки в процессе осаждения со скоростью 10÷12°C/час путем увеличения удельной мощности нагревателя.Moreover, based on the calculated data, the temperature in the deposition zone of the alloy can be maintained constant in the range of 1500 ÷ 1800 ° C, increasing the temperature of the substrate during the deposition process at a rate of 10 ÷ 12 ° C / hour by increasing the specific power of the heater.
Сущность заявленного изобретения поясняется фигурами графических изображений.The essence of the claimed invention is illustrated by figures of graphic images.
На фиг. 1 представлено распределение легирующего ниобия по толщине осажденного сплава, полученного по способу-прототипу.In FIG. 1 shows the distribution of alloying niobium over the thickness of the deposited alloy obtained by the prototype method.
На фиг. 2 представлен график зависимости удельной мощности нагревателя от времени (в соответствии с изобретением) в процессе газофазного осаждения монокристаллического сплава на основе вольфрама в реакционном аппарате проточного типа (а) и распределение легирующего ниобия по толщине сплава (б) (пример 1).In FIG. 2 shows a graph of the specific power of the heater versus time (in accordance with the invention) in the gas-phase deposition of a tungsten-based single crystal alloy in a flow-type reaction apparatus (a) and the distribution of alloying niobium over the thickness of the alloy (b) (example 1).
На фиг. 3 представлен график зависимости удельной мощности нагревателя от времени (в соответствии с изобретением) в процессе газофазного осаждения монокристаллического сплава на основе вольфрама в реакционном аппарате проточного типа (а) и распределение легирующего тантала по толщине сплава (б) (пример 2).In FIG. 3 is a graph of the specific power of the heater versus time (in accordance with the invention) during the gas-phase deposition of a tungsten-based single crystal alloy in a flow-type reaction apparatus (a) and the distribution of alloying tantalum over the thickness of the alloy (b) (example 2).
На фиг. 4 представлен график зависимости удельной мощности нагревателя от времени (в соответствии с изобретением) в процессе газофазного осаждения монокристаллического сплава на основе вольфрама в реакционном аппарате проточного типа (а) и распределение легирующего ниобия по толщине сплава (б) (пример 3).In FIG. 4 is a graph of the specific power of the heater versus time (in accordance with the invention) during gas-phase deposition of a tungsten-based single crystal alloy in a flow-type reaction apparatus (a) and the distribution of alloying niobium over the thickness of the alloy (b) (example 3).
На фиг. 5 представлена схема реакционного аппарата проточного типа, при помощи которого реализуется заявленный способ.In FIG. 5 is a diagram of a flow-type reaction apparatus with which the claimed method is implemented.
Реакционный аппарат проточного типа включает:Flow type reaction apparatus includes:
1 - термопару;1 - thermocouple;
2 - кристаллический пентахлорид легирующего металла (ниобий или тантал);2 - crystalline alloying metal pentachloride (niobium or tantalum);
3 - внешний нагреватель;3 - external heater;
4 - испаритель;4 - evaporator;
5 - клапан;5 - valve;
6 - ротаметр;6 - rotameter;
7 - вакуумную камеру;7 - a vacuum chamber;
8 - внутренний нагреватель подложки;8 - internal heater of the substrate;
9 - реакционный объем;9 - reaction volume;
10 - трубчатую молибденовую монокристаллическую подложку;10 - tubular molybdenum single crystal substrate;
11 - сырьевую трубу из вольфрама;11 - raw pipe made of tungsten;
12 - пирометр;12 - pyrometer;
13 - перемычку;13 - jumper;
14 - выходной капилляр;14 - output capillary;
15 - конденсатор;15 - capacitor;
16 - сосуд Дьюара;16 - Dewar vessel;
17 - жидкий азот.17 - liquid nitrogen.
Газофазный процесс осаждения сплавов на основе монокристаллического вольфрама с необходимым легированием тугоплавким металлом реализуется в реакционном аппарате проточного типа, режимы работы которого определяют температурой подложки (10), испарителя (4) и расходом газовой фазы.The gas-phase deposition of single-crystal tungsten alloys with the necessary alloying with refractory metal is carried out in a flow-type reaction apparatus, the operating conditions of which are determined by the temperature of the substrate (10), evaporator (4) and gas flow rate.
Испаритель (4) и реакционный объем (9) размещают в вакуумной камере (7) и вакуумируют через открытый клапан (5) до остаточного давления не выше 0,1 Па. В реакционном объеме (9) коаксиально устанавливают трубчатую молибденовую монокристаллическую подложку (10) с внутренним нагревателем (8) и вольфрамовую сырьевую трубу (11), которые нагревают до 1500÷1800°C и 1000÷1300°C соответственно. Контролируют температуру с помощью инфракрасного двухспектрального пирометра (12) марки M90R-2 (США). Источником легирующего металла и транспортирующего агента хлора являлся кристаллический пентахлорид легирующего металла (2), который загружают в испаритель (4). С помощью внешнего нагревателя (3) испаритель (4) нагревают до 100÷150°C, температуру которого контролируют термопарой (1). После вывода температуры на заданный уровень клапан (5) закрывают и пар пентахлорида легирующего металла поступает в реакционный объем через ротаметр (6), который позволяет поддерживать определенный массовый расход пара пентахлорида металла.The evaporator (4) and the reaction volume (9) are placed in a vacuum chamber (7) and vacuum through an open valve (5) to a residual pressure of not higher than 0.1 Pa. In the reaction volume (9), a tubular molybdenum single crystal substrate (10) with an internal heater (8) and a tungsten feed pipe (11) are coaxially installed, which are heated to 1500 ÷ 1800 ° C and 1000 ÷ 1300 ° C, respectively. The temperature is monitored using an infrared two-spectrometer (12) pyrometer M90R-2 (USA). The source of the alloying metal and the chlorine transporting agent was crystalline alloying metal pentachloride (2), which was charged to the evaporator (4). Using an external heater (3), the evaporator (4) is heated to 100 ÷ 150 ° C, the temperature of which is controlled by a thermocouple (1). After the temperature is brought to a predetermined level, the valve (5) is closed and the alloying metal pentachloride vapor enters the reaction volume through the rotameter (6), which allows a certain mass flow rate of the metal pentachloride vapor to be maintained.
В реакционном объеме при температуре 1500÷1800°C протекает гомогенная реакция разложения MeCl5 на MeCl4 (MeCl2) и свободный хлор. Газовая среда непрерывно движется в транспортном пространстве между подложкой (10) и сырьевой трубой из вольфрама (11) и удаляется из реакционного объема путем полного вытеснения через выходной капилляр (14). Отработанную газовую среду улавливают в конденсаторе (15), который помещают в сосуд Дьюара (16) с жидким азотом (17).In the reaction volume at a temperature of 1500 ÷ 1800 ° C, a homogeneous decomposition of MeCl 5 into MeCl 4 (MeCl 2 ) and free chlorine takes place. The gaseous medium continuously moves in the transport space between the substrate (10) and the raw tube from tungsten (11) and is removed from the reaction volume by complete displacement through the outlet capillary (14). The spent gas medium is captured in a condenser (15), which is placed in a dewar vessel (16) with liquid nitrogen (17).
Характер распределения легирующего металла в осажденном монокристаллическом сплаве исследуют методом рентгеноспектрального микроанализа на растровом электронном микроскопе с помощью волнодисперсионной системы.The distribution pattern of the alloying metal in the deposited single-crystal alloy is studied by X-ray spectral microanalysis using a scanning electron microscope using a wave dispersion system.
Сущность заявляемого способа получения монокристаллических сплавов на основе вольфрама поясняется нижеследующими примерами.The essence of the proposed method for producing single crystal alloys based on tungsten is illustrated by the following examples.
Пример 1.Example 1
В реакционном объеме (9) коаксиально устанавливали трубчатую молибденовую монокристаллическую подложку (10) с внутренним нагревателем (8) и сырьевую трубу (11) из вольфрама и вакуумировали объем до остаточного давления не выше 0,1 Па. Кристаллический пентахлорид (2) ниобия загружали в испаритель (4), который с помощью внешнего нагревателя (3) нагревали до 120°C.A tubular molybdenum single crystal substrate (10) with an internal heater (8) and a raw tube (11) made of tungsten were coaxially installed in the reaction volume (9) and the volume was evacuated to a residual pressure of no higher than 0.1 Pa. Crystalline niobium pentachloride (2) was charged into an evaporator (4), which was heated to 120 ° C using an external heater (3).
При достижении рабочего вакуума подложку (10) разогревали при помощи внутреннего нагревателя (8) путем повышения его удельной мощности в течение 1 часа от 0 кВт/м до 7 кВт/м. При достижении температуры подложки 500°C в реакционный аппарат подавали пентахлорид ниобия. Далее при достижении подложкой температуры осаждения сплава 1550°C начинали процесс осаждения сплава. Процесс проводили в течение 21 часа, во время которого температуру в зоне осаждения сплава поддерживали постоянной путем увеличения температуры подложки со скоростью 10°C/час, увеличивая удельную мощность внутреннего нагревателя с 7 кВт/м до 9 кВт/м.When the working vacuum was reached, the substrate (10) was heated using an internal heater (8) by increasing its specific power for 1 hour from 0 kW / m to 7 kW / m. When the substrate temperature reached 500 ° C, niobium pentachloride was fed into the reaction apparatus. Then, when the substrate reaches the alloy deposition temperature of 1550 ° C, the alloy deposition process is started. The process was carried out for 21 hours, during which the temperature in the alloy deposition zone was kept constant by increasing the substrate temperature at a rate of 10 ° C / h, increasing the specific power of the internal heater from 7 kW / m to 9 kW / m.
По истечении 21 часа процесса осаждения удельную мощность внутреннего нагревателя снижали до 0 кВт/м в течение 1 часа в соответствии со схемой мощностного режима внутреннего нагревателя, представленной на фиг. 2а; достигнутый равномерный характер распределения легирующего ниобия по толщине 1,5 мм монокристаллического сплава на основе вольфрама представлен на фиг. 2б.After 21 hours of the deposition process, the specific power of the internal heater was reduced to 0 kW / m for 1 hour in accordance with the power mode of the internal heater shown in FIG. 2a; the achieved uniform distribution of doping niobium over the thickness of 1.5 mm of a tungsten-based single crystal alloy is shown in FIG. 2b.
Пример 2.Example 2
В реакционном объеме (9) коаксиально устанавливали трубчатую молибденовую монокристаллическую подложку (10) с внутренним нагревателем (8) и сырьевую трубу (11) из вольфрама и вакуумировали объем до остаточного давления не выше 0,1 Па. Кристаллический пентахлорид (2) тантала загружали в испаритель (4), который с помощью внешнего нагревателя (3) нагревали до 150°C.A tubular molybdenum single crystal substrate (10) with an internal heater (8) and a raw tube (11) made of tungsten were coaxially installed in the reaction volume (9) and the volume was evacuated to a residual pressure of no higher than 0.1 Pa. Tantalum crystalline pentachloride (2) was charged into an evaporator (4), which was heated to 150 ° C using an external heater (3).
При достижении рабочего вакуума подложку (10) разогревали при помощи внутреннего нагревателя (8) путем повышения его удельной мощности в течение 1 часа от 0 кВт/м до 8 кВт/м. При достижении температуры подложки 700°C в реакционный аппарат подавали пентахлорид тантала. Далее при достижении подложкой температуры осаждения сплава 1650°C начинали процесс осаждения сплава. Процесс проводили в течение 34 часов, во время которого температуру в зоне осаждения сплава поддерживали постоянной путем увеличения температуры подложки со скоростью 11°C/час, увеличивая удельную мощность внутреннего нагревателя с 8 кВт/м до 10 кВт/м.When the working vacuum was reached, the substrate (10) was heated using an internal heater (8) by increasing its specific power for 1 hour from 0 kW / m to 8 kW / m. When the substrate temperature reached 700 ° C, tantalum pentachloride was introduced into the reaction apparatus. Then, when the substrate reaches the alloy deposition temperature of 1650 ° C, the alloy deposition process is started. The process was carried out for 34 hours, during which the temperature in the alloy deposition zone was kept constant by increasing the temperature of the substrate at a rate of 11 ° C / h, increasing the specific power of the internal heater from 8 kW / m to 10 kW / m.
По истечении 34 часов процесса осаждения удельную мощность внутреннего нагревателя снижали до 0 кВт/м в течение 1,5 часов в соответствии со схемой мощностного режима внутреннего нагревателя, представленной на фиг. 3а; достигнутый равномерный характер распределения легирующего тантала по толщине 1,7 мм монокристаллического сплава на основе вольфрама представлен на фиг. 3б.After 34 hours of the deposition process, the specific power of the internal heater was reduced to 0 kW / m for 1.5 hours in accordance with the power mode of the internal heater shown in FIG. 3a; the achieved uniform distribution of the alloying tantalum over the thickness of 1.7 mm of a tungsten-based single crystal alloy is shown in FIG. 3b.
Пример 3.Example 3
В реакционном объеме (9) коаксиально устанавливали трубчатую молибденовую монокристаллическую подложку (10) с внутренним нагревателем (8) и сырьевую трубу (11) из вольфрама и вакуумировали объем до остаточного давления не выше 0,1 Па. Кристаллический пентахлорид (2) ниобия загружали в испаритель (4), который с помощью внешнего нагревателя (3) нагревали до 100°C.A tubular molybdenum single crystal substrate (10) with an internal heater (8) and a raw tube (11) made of tungsten were coaxially installed in the reaction volume (9) and the volume was evacuated to a residual pressure of no higher than 0.1 Pa. Crystalline niobium pentachloride (2) was charged into an evaporator (4), which was heated to 100 ° C using an external heater (3).
При достижении рабочего вакуума подложку (10) разогревали при помощи внутреннего нагревателя (8) путем повышения его удельной мощности в течение 1 часа от 0 кВт/м до 9 кВт/м. При достижении температуры подложки 900°C в реакционный аппарат подавали пентахлорид ниобия. Далее при достижении подложкой температуры осаждения сплава 1750°C начинали процесс осаждения сплава. Процесс проводили в течение 54 часов, во время которого температуру в зоне осаждения сплава поддерживали постоянной путем увеличения температуры подложки со скоростью 12°C/час, увеличивая удельную мощность внутреннего нагревателя с 9 кВт/м до 12 кВт/м.When the working vacuum was reached, the substrate (10) was heated using an internal heater (8) by increasing its specific power for 1 hour from 0 kW / m to 9 kW / m. When the substrate temperature reached 900 ° C, niobium pentachloride was fed into the reaction apparatus. Then, when the substrate reaches the alloy deposition temperature of 1750 ° C, the alloy deposition process is started. The process was carried out for 54 hours, during which the temperature in the deposition zone of the alloy was kept constant by increasing the temperature of the substrate at a rate of 12 ° C / h, increasing the specific power of the internal heater from 9 kW / m to 12 kW / m.
По истечении 54 часов процесса осаждения удельную мощность внутреннего нагревателя снижали до 0 кВт/м в течение 2 часов в соответствии со схемой мощностного режима внутреннего нагревателя, представленной на фиг. 4а; достигнутый равномерный характер распределения легирующего ниобия по толщине 2 мм монокристаллического сплава на основе вольфрама представлен на фиг. 4б.After 54 hours of the deposition process, the specific power of the internal heater was reduced to 0 kW / m for 2 hours in accordance with the power mode of the internal heater shown in FIG. 4a; the achieved uniform distribution of doping niobium over a thickness of 2 mm of a tungsten-based single crystal alloy is shown in FIG. 4b.
Таким образом, из графиков, приведенных на фиг. 2-4, видно, что в монокристаллических сплавах на основе вольфрама, полученных методом ХТР в соответствии с заявленным изобретением, разброс по концентрации легирующих металлов по сравнению с их средним содержанием не превышает 20%.Thus, from the graphs shown in FIG. 2-4, it is seen that in monocrystalline tungsten-based alloys obtained by the KhTR method in accordance with the claimed invention, the dispersion in the concentration of alloying metals in comparison with their average content does not exceed 20%.
В то время как в монокристаллических сплавах на основе вольфрама, полученных методом ХТР в соответствии со способом-прототипом, разброс по концентрации легирующих металлов составляет более 60% (фиг. 1).While in monocrystalline alloys based on tungsten obtained by the KhTR method in accordance with the prototype method, the spread in the concentration of alloying metals is more than 60% (Fig. 1).
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015118190/05A RU2590568C1 (en) | 2015-05-15 | 2015-05-15 | Method for deposition of monocrystalline tungsten-based alloys |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015118190/05A RU2590568C1 (en) | 2015-05-15 | 2015-05-15 | Method for deposition of monocrystalline tungsten-based alloys |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2590568C1 true RU2590568C1 (en) | 2016-07-10 |
Family
ID=56371955
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015118190/05A RU2590568C1 (en) | 2015-05-15 | 2015-05-15 | Method for deposition of monocrystalline tungsten-based alloys |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2590568C1 (en) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2402625C2 (en) * | 2004-10-12 | 2010-10-27 | Хардид Коатингз Лимитед | Alloyed tungsten produced by chemical sedimentation from gas phase |
-
2015
- 2015-05-15 RU RU2015118190/05A patent/RU2590568C1/en active
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2402625C2 (en) * | 2004-10-12 | 2010-10-27 | Хардид Коатингз Лимитед | Alloyed tungsten produced by chemical sedimentation from gas phase |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| СМИРНОВ В.П. и др., Эпитаксиальное выращивание монокристаллического W и сплава W-Nb методом химических транспортных реакций, "Цветные металлы", 2007, N 11, стр.18-21. * |
| ЯСТРЕБКОВ А.А. и др., Разработка жаропрочных монокристаллических сплавов на основе молибдена и вольфрама, "Цветные металлы", 2007, N 11, стр.10-14. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4988741B2 (en) | Method and apparatus for producing granular polycrystalline silicon in a fluidized bed reactor | |
| TW552325B (en) | Method and apparatus for growing silicon carbide crystals | |
| TWI519684B (en) | High-temperature process improvements using helium under regulated pressure | |
| JP6304424B1 (en) | Heat shielding member, single crystal pulling apparatus, and method for manufacturing single crystal silicon ingot | |
| US6514338B2 (en) | Method and apparatus for producing silicon carbide single crystal | |
| JP6370232B2 (en) | Method for producing polycrystalline silicon rod | |
| RU2590568C1 (en) | Method for deposition of monocrystalline tungsten-based alloys | |
| CN116209793A (en) | Method for growing crystals | |
| JPS6156162B2 (en) | ||
| EP1158077B1 (en) | Method and apparatus for producing single crystal of silicon carbide | |
| CN109415842B (en) | Method for producing silicon single crystal | |
| CN110050091B (en) | Method for producing silicon carbide single crystal | |
| Bickermann et al. | Vapor transport growth of wide bandgap materials | |
| CN110670118B (en) | Crystal growth device and crystal growth method | |
| US20130000552A1 (en) | Device and method for producing bulk single crystals | |
| JP6658780B2 (en) | Heat shielding member, single crystal pulling apparatus, and method for manufacturing single crystal silicon ingot | |
| EP3778490A1 (en) | Tantalum chloride and method for producing tantalum chloride | |
| JP5502294B2 (en) | Polycrystalline body manufacturing apparatus and polycrystalline body manufacturing method | |
| JP7238709B2 (en) | Manufacturing method of silicon single crystal | |
| Smirnov et al. | Preparation of high-purity single-crystal W and W via chemical vapor transport | |
| KR20150086009A (en) | Method and apparatus for manufacturing monocrystalline ingot | |
| Xiao et al. | Processing tungsten single crystal by chemical vapor deposition | |
| JP2013203651A (en) | Method for producing gallium nitride, and polycrystalline gallium nitride | |
| Siche et al. | Chlorine‐free plasma‐based vapour growth of GaN | |
| Gokhman et al. | Investigation of the Effect of the Electron-Beam Crucible Zone Melting of Metallurgical Silicon on Refining and Structure Formation of Ingots |