RU56404U1

RU56404U1 - CRYSTALLIZATION PLANT FOR GROWING REFLECTIVE EUTECTIC Pseudomonocrystals

Info

Publication number: RU56404U1
Application number: RU2005135963/22U
Authority: RU
Inventors: Владимир Степанович Верба; Виктор Александрович Гандурин; Александр Анатольевич Алексеев; Михаил Иванович Карпов; Виктор Васильевич Ломейко; Евгений Дмитриевич Штинов; Виктор Иванович Внуков; Валерий Поликарпович Коржов
Original assignee: Владимир Степанович Верба; Виктор Александрович Гандурин; Александр Анатольевич Алексеев; Михаил Иванович Карпов; Виктор Васильевич Ломейко; Евгений Дмитриевич Штинов; Виктор Иванович Внуков; Валерий Поликарпович Коржов
Priority date: 2005-11-21
Filing date: 2005-11-21
Publication date: 2006-09-10

Abstract

Полезная модель относится к выращиванию тугоплавких монокристаллов и кристаллизационным установкам. Кристаллизационная установка для выращивания тугоплавких эвтектических псевдомонокристаллов, содержащая тигель с охлаждающей средой, основной нагреватель, дополнительный нагреватель, монокристалл, устройство перемещения монокристалла, отличающаяся тем, что в нее дополнительно введены второй тигель, в котором установлен тигель с охлаждающей средой и устройство перемещения монокристалла, монокристаллическая затравка Nb, размещенная в тигле с охлаждающей средой, изолятор, изолирующий дополнительный нагреватель от тигля с охлаждающей средой, поликристалл, с одной стороны соединенный с устройством перемещения монокристалла, а с другой стороны, - с монокристаллом, растущим на монокристаллической затравке. При этом поликристалл представляет собой поликристаллическую смесь Nb+Nb₃Si.The utility model relates to the cultivation of refractory single crystals and crystallization plants. A crystallization installation for growing refractory eutectic pseudo-single crystals containing a crucible with a cooling medium, a main heater, an additional heater, a single crystal, a single crystal transfer device, characterized in that a second crucible is installed in it, in which a crucible with a cooling medium and a single crystal transfer device, a single crystal are installed Nb seed placed in a crucible with a cooling medium, an insulator isolating the additional heater from the crucible with a cooling medium medium, a polycrystal, on the one hand connected to a single crystal moving device, and on the other hand, to a single crystal growing on a single crystal seed. In this case, the polycrystal is a polycrystalline mixture of Nb + Nb ₃ Si.

Description

Полезная модель относится к выращиванию тугоплавких монокристаллов и кристаллизационным установкам.The utility model relates to the cultivation of refractory single crystals and crystallization plants.

Известно, что методы, связанные с созданием высокосовершенных, в том числе и крупных монокристаллов, используют аппаратуру, которая в состоянии обеспечить прецизионную стабильность температуры и строгое соблюдение химического состава кристаллизуемого вещества. Причем обеспечение указанных требований в сильной степени зависит от способа нагрева, материала контейнера и атмосферы кристаллизации.It is known that the methods associated with the creation of highly advanced, including large single crystals, use equipment that is able to provide precision temperature stability and strict adherence to the chemical composition of the crystallized substance. Moreover, the provision of these requirements is highly dependent on the heating method, the material of the container and the crystallization atmosphere.

Величина объема расплава имеет принципиальное значение. Оно определяет интенсивность физико-химических процессов высокотемпературной кристаллизации, а также процессы тепло- и массопереноса.The value of the melt volume is of fundamental importance. It determines the intensity of the physicochemical processes of high-temperature crystallization, as well as the processes of heat and mass transfer.

Известны методы Вернейля, Степанова, Чохральского /1/, позволяющие осуществить однофазную кристаллизацию при выращивании тугоплавких монокристаллов из расплава.Known methods of Verneuil, Stepanov, Czochralsky / 1 /, allowing single-phase crystallization in the cultivation of refractory single crystals from a melt.

Наиболее близкой к описываемой полезной модели относится установка Чохральского (прототип), содержащая основной нагреватель, тигель с расплавом, дополнительный нагреватель, монокристалл, устройство вытягивания монокристалла.Closest to the described utility model is the Czochralski installation (prototype), containing a main heater, a crucible with a melt, an additional heater, a single crystal, a single crystal extrusion device.

Недостатком данной установки является невозможность осуществления двухфазной кристаллизации.The disadvantage of this installation is the inability to implement two-phase crystallization.

Цель изобретения - создание кристаллизационной установки, позволяющей осуществлять двухфазную кристаллизацию для выращивания тугоплавких эвтектических псевдомонокристаллов.The purpose of the invention is the creation of a crystallization unit that allows for two-phase crystallization for growing refractory eutectic pseudo-single crystals.

Поставленная цель достигается тем, что в кристаллизационную установку, содержащую тигель с охлаждающей средой, основной нагреватель, дополнительный нагреватель, монокристалл, устройство перемещения монокристалла дополнительно введены второй тигель, в котором установлен тигель с охлаждающей средой и устройство перемещения монокристалла, монокристаллическая затравка Nb, размещенная в тигле с охлаждающей средой, изолятор, изолирующий дополнительный нагреватель от тигля с охлаждающей средой, поликристалл, с одной стороны соединенный с устройством перемещения монокристалла, а с другой стороны, - с монокристаллом, растущим на монокристаллической затравке. При этом поликристалл представляет собой поликристаллическую смесь Nb+Nb₃Si.This goal is achieved by the fact that in the crystallization installation containing a crucible with a cooling medium, the main heater, an additional heater, a single crystal, a single crystal transfer device, a second crucible is additionally introduced, in which a crucible with a cooling medium and a single crystal transfer device, a single crystal Nb seed placed in crucible with a cooling medium, an insulator isolating an additional heater from a crucible with a cooling medium, polycrystal, on the one hand connected to stroystvom displacement monocrystal, and on the other hand, - with a single crystal on the single crystal growing seed. In this case, the polycrystal is a polycrystalline mixture of Nb + Nb ₃ Si.

Сравнение с прототипом показывает, что заявляемая установка отличается наличием новых элементов и их связями между ними. Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию «новизна».Comparison with the prototype shows that the inventive installation is characterized by the presence of new elements and their relationships between them. Thus, the claimed device meets the criterion of "novelty."

Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями показывает, что перечисленные элементы являются известными, однако их введение в указанной связи с остальными элементами приводит к решению новой задачи двухфазной кристаллизации. Это подтверждает соответствие технического решения критерию «существенные отличия».Comparison of the proposed solutions with other technical solutions shows that the listed elements are known, however, their introduction in this connection with the other elements leads to the solution of a new two-phase crystallization problem. This confirms the conformity of the technical solution to the criterion of "significant differences".

На фиг.1 показана схема кристаллизационной установки по Чохральскому, а на фиг.2 - предлагаемая.In Fig.1 shows a diagram of a crystallization plant according to Czochralski, and in Fig.2 - the proposed.

Установка включает: 1 - устройство перемещения псевдомонокристалла; 2 - дополнительный нагреватель; 3 - основной нагреватель; 4 -монокристалл; 5 - монокристаллическая затравка Nb; 6a - тигель с расплавом; 6b - тигель с охлаждающей средой; 7 - поликристалл; 8 -изолятор; 9 - зонная плавка.The installation includes: 1 - a device for moving a pseudo-single crystal; 2 - additional heater; 3 - main heater; 4 single crystal; 5 - single crystal seed Nb; 6a - a crucible with a melt; 6b - crucible with a cooling medium; 7 - polycrystal; 8 -insulator; 9 - zone melting.

В последнее время монокристаллы жаропрочных сплавов начали использовать в качестве конструкционного материала для изготовления лопаток газотурбинных двигателей, работающих в условиях высоких температур и напряжений в агрессивных средах. Хорошие результаты при этом показывают сплавы ниобия с кремнием, в частности, Nb-18,5 ат. % Si. Температура плавления данного сплава достигает 1920°С. Получение монокристалла проводится в две фазы.Recently, single crystals of heat-resistant alloys began to be used as a structural material for the manufacture of blades of gas turbine engines operating at high temperatures and stresses in aggressive environments. Good results in this case show alloys of niobium with silicon, in particular, Nb-18.5 at. % Si. The melting point of this alloy reaches 1920 ° C. The preparation of a single crystal is carried out in two phases.

На первой фазе кристаллизации получаем, так называемую, поликристаллическую смесь (поликристалл) Nb+Nb₃Si. Однако при низких температурах поликристалл представляет собой достаточно хрупкий материал, вследствие чего не может быть использован в качестве конструкционного материала.In the first phase of crystallization, we obtain the so-called polycrystalline mixture (polycrystal) Nb + Nb ₃ Si. However, at low temperatures, the polycrystal is a rather brittle material, and therefore cannot be used as a structural material.

На второй фазе кристаллизации поликристалл с помощью устройства перемещения 1 соединяется с монокристаллической затравкой 5, помещенной в тигель с охлаждающей средой 6b. Первоначально в зоне контакта с помощью дополнительного нагревателя 2 (в данном случае используются электроды) осуществляется зонная плавка и расплавленная поликристаллическая смесь Nb+Nb₃Si расплавляется и начинает In the second crystallization phase, the polycrystal is connected using a transfer device 1 to a single crystal seed 5 placed in a crucible with a cooling medium 6b. Initially, in the contact zone, with the help of an additional heater 2 (electrodes are used in this case), zone melting is performed and the molten polycrystalline mixture Nb + Nb ₃ Si is melted and begins

кристаллизоваться. В результате получаем псевдомонокристалл. Процесс зонной плавки проводится в вакууме.crystallize. As a result, we obtain a pseudo-single crystal. The zone melting process is carried out in a vacuum.

В стационарном режиме направленной кристаллизации фронт роста должен быть неподвижен относительно дополнительного нагревателя 2, то есть скорость перемещения R должна быть равна по абсолютной величине скорости роста кристалла. При таком способе (двухфазная кристаллизация) выращивания псевдомонокристалла получаем новые физико-химические свойства материала, который имеет высокую температуру плавления и хорошую пластичность при низкой температуре.In the stationary mode of directional crystallization, the growth front should be stationary relative to the additional heater 2, that is, the speed of movement R should be equal in absolute value to the crystal growth rate. With this method (two-phase crystallization) of growing a pseudo-single crystal, we obtain new physicochemical properties of a material that has a high melting point and good ductility at low temperature.

Таким образом, предлагаемая кристаллизационная установка для выращивания тугоплавких псевдомонокристаллов Nb-18,5 ат. % Si позволяет получить заданные физико-химические свойства сплава.Thus, the proposed crystallization installation for growing refractory pseudo-single crystals of Nb-18.5 at. % Si allows you to obtain the specified physico-chemical properties of the alloy.

Литература 1. Багдасаров Х.С. Высокотемпературная кристаллизация из расплава. - М., Физматлит, 2004. - 159 с.Literature 1. Bagdasarov Kh.S. High temperature melt crystallization. - M., Fizmatlit, 2004 .-- 159 p.

Claims

A crystallization plant for growing refractory (eutectic) pseudo-single crystals, containing a crucible with a cooling medium, a main heater, an additional heater, a single crystal, a transfer device, characterized in that it contains a second crucible with a cooling medium, an insulator, a polycrystal, which is a mixture of Nb + Nb ₃ Si , on the one hand connected to a transfer device, and on the other hand, to a single crystal, which contains a single-crystal Nb seed placed in a crucible with food, and the sub-heater formed by an insulating crucible to the cooling medium.