SU1738877A1 - Способ выращивани монокристаллов L @ С @ О @ - Google Patents

Abstract

Использование: в области роста кристаллов . Сущность изобретени : кристаллы выращивают из раствора в расплаве (Р) СиО. Сначала Р перегревают выше температуры ликвидуса в поле температурного градиента (Г). Затем величину перегрева снижают со скоростью 10-50 град/ч до температуры, ниже температуры спонтанной кристаллизации , но выше 1050°С. Мен ют направление Г и ведут кристаллизацию, после которой кристаллы извлекают из Р. Получены кристаллы размером 25 х 25 х 5 мм за меньшее врем , чем в известном способе.

Description

Изобретение относитс  к области роста кристаллов, в частности к выращиванию мо- нокристаллог La2Cu04.

Известен способ выращивани  монокристаллов La2Cu04 из высокотемпературного раствора в расплаве оксида меди, включающий кристаллизацию La2Cu04 за счет медленного охлаждени  раствора-расплава со скоростью 1-2 град/ч.

Недостатком известного способа  вл етс  невозможность получени  крупных объемных монокристаллов вследствие массового зародышеобразовани  при указанных скорост х охлаждени .

Известен способ выращивани  крупных объемных монокристаллов La2Cu04 из высокотемпературного раствора в расплаве оксида меди, включающий перегрев раствора выше температуры ликвидуса, быстрое его охлаждение до температуры на 1-2 град выше температуры спонтанной кристаллизации и выращивание объемных монокристаллов при медленном охлаждении раствора-расплава со скоростью 1-2 град/сут.

Недостаток известного способа заключаетс  в сложности процесса выращивани  из-за чрезвычайно низких скоростей охлаждени , которые требуют специального прецизионного оборудовани ,дополнительных устройств и операций дл  поддержани  амплитуды фоновых колебаний температуры в расплаве ниже абсолютной величины скоростей охлаждени . Дл  его реализациитребуетс  определение температуры начала спонтанной кристаллизации с точностью до 1 град, что требует проведени  дополнительных исследований, так как данные по температурам ликвидуса и кристаллизации дл  данной системы с указанной точностью отсутствуют. Кроме того, необходимо с той же высокой точностью измер ть температуру непосредственно на поверхности кри- сталлоносцев в ходе процесса, что представл ет известную сложность ввиду агрессивности расплава.

V|

ы

со

00

-ч VI

В известном способе получение объемных крупных монокристаллов осуществл етс  за счет контролируемого зарождени  небольшого числа спонтанных кристаллов на кристаллоносце особой конструкции при температуре вблизи температуры начала кристаллизации (на 1-2 град выше). Провал на величину температуры, большую указанной , вызывает массовое зарождение на кристаллоносце, что приводит к получению мелких монокристаллов. Дальнейшее охлаждение со скорост ми, превышающими используемые в известном способе (1-2 град/сут), также приводит к массовому заро- дышеобразованию на кристаллоносце и вторичному зарождению на гран х уже растущих кристаллов, что также преп тствует получению крупных объемных монокристаллов.

Целью изобретени   вл етс  упрощение процесса выращивани  объемных монокристаллов La2Cu04.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что согласно способу, включающему перегрев раствора-расплава выше температуры ликвидуса , быстрое его охлаждение и кристаллизацию в поле температурного градиента, быстрое охлаждение раствора-расплава провод т в поле температурного градиента со скоростью 10-50 град/ч до температуры ниже температуры спонтанной кристаллизации , но выше 1050°С, после чего измен ют направление температурного градиента на противоположное и ведут рост монокристаллов в охлаждаемой верхней части раствора-расплава при посто нной температуре.

В предлагаемом способе рост монокристаллов происходит за счет массопереноса кристаллообразующих компонентов путем естественной конвекции от питател  к кри- сталлоносцу (либо затравке) в поле темпера- турного градиента при посто нной температуре на фронте кристаллизации. Питатель формируетс  в нижней части кристаллизатора в ходе охлаждени  расплава со скоростью 10-50 град/ч в поле температурного градиента от температуры выше температуры ликвидуса до температуры ниже температуры начала спонтанной кристаллизации , но выше 1050°С. Питатель представл ет собой друзу мелких спонтанных кристаллов. Указанный интервал скоростей охлаждени   вл етс  оптимальным, так как при скорост х охлаждени  выше 50 град/ч происходит массова  кристаллизаци  с выпадением мелких кристаллов, которые плотно упаковывают питатель, что резко снижает поверхность растворени  и лимитирует массоперенос, а скорости ниже 10 град/ч неоправданно удлин ют процесс.

Температурный интервал охлаждени , составл ющий величину ДТ (Ткр- 1050)град, где ТКр - температура начала спонтанной кристаллизации исходного состава раствоpa-расплава , обеспечивает получение максимальной массы питател , а следовательно, и максимальной массы целевого продукта дл  всего интервала используемых исходных составов шихты. При

температурах 1050°С в зкость раствора- расплава повышаетс  настолько, что снижение массопереноса, осуществл емого при росте в режиме естественной конвекции, приводит к заметному снижению скорости

роста.

По окончании участка охлаждени  направление градиента измен ют на противоположное (например, переносом холодильника) и ведут рост, поддержива 

температуру в тепловой камере посто нной. Таким образом, вместо сложных операций по затравливанию в непосредственной близости к температуре спонтанной кристаллизации и выращиванию при очень медленном снижении температуры предлагаетс  быстрое снижение температуры до температуры роста и рост при посто-  нной температуре. Изменение направлени  градиента после первого этапа не представл ет сложности. Кроме того, нет необходимости в высокоточном определении температуры кристаллизации дл  каждого состава исходной шихты, а достаточно лишь ориентировочной оценки.

П р и м е р. В качестве исходной шихты используют состав 85 мол. % СиОи 15мол.% . Шихту помещают в платиновый кристаллизатор , нагревают до 1250°С, выдерживают при этой температуре У- 2 ч и

снижают температуру со скоростью 50 град/ч до температуры 1100°С. При помощи вод ного холодильника поддерживают градиент температуры по высоте расплава 2 град/см, локализу  охлаждение на дне кристаллизатора . После окончани  снижени  температуры направление градиента измен ют на противоположное перенесением холодильника. Рост ведут в течение 120 ч, после чего извлекают выросшие монокристаллы из расплава и охлаждают до комнатной температуры со скоростью -60 град/ч. Размер выращенных монокристаллов достигает 25 х 25 х 5 мм.

Claims (1)

1. Таким образом, получают крупные объемные монокристаллы La2Cu4 при значительном упрощении процесса их выращивани . Формула изобретени  Способ выращивани  монокристаллов Ia2 CuO/i из раствора в расплаве СиО, включающий перегрев раствора расплава выше температуры ликвидуса, снижение величины перегрева, кристаллизацию в поле температурного градиента и отделение кристаллов, отличающийс  тем, что, с целью упрощени  процесса, снижение величины перегрева ведут в поле температурного градиента со скоростью 10-50 град/ч до температуры ниже температуры спонтанной кристаллизации, но выше 1050°С, после чего измен ют направление температурного градиента на противоположное и отделение кристаллов ведут извлечен нем их из раствора-расплава.