UA78462C2 - Method for receiving raw material of alumina for leucosapphire monocrystal growth - Google Patents

Method for receiving raw material of alumina for leucosapphire monocrystal growth Download PDF

Info

Publication number
UA78462C2
UA78462C2 UAA200600050A UAA200600050A UA78462C2 UA 78462 C2 UA78462 C2 UA 78462C2 UA A200600050 A UAA200600050 A UA A200600050A UA A200600050 A UAA200600050 A UA A200600050A UA 78462 C2 UA78462 C2 UA 78462C2
Authority
UA
Ukraine
Prior art keywords
hours
alumina
melting
pressure
raw material
Prior art date
Application number
UAA200600050A
Other languages
Russian (ru)
Ukrainian (uk)
Inventor
Oleksandr Yakovych Danko
Nataliia Stepanivn Sidelnikova
Hennadii Vasyliovych Strilets
Volodymyr Yukhymovych Kachala
Yurii Petrovych Myroshnykov
Heorhii Tymofiiovych Adonkin
Viacheslav Mykhailovyc Puzikov
Original Assignee
Inst Of Monocrystals Of The Na
Ltd Liability Company Oksydal
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 Inst Of Monocrystals Of The Na, Ltd Liability Company Oksydal filed Critical Inst Of Monocrystals Of The Na
Priority to UAA200600050A priority Critical patent/UA78462C2/en
Publication of UA78462C2 publication Critical patent/UA78462C2/en

Links

Landscapes

  • Compounds Of Alkaline-Earth Elements, Aluminum Or Rare-Earth Metals (AREA)

Abstract

The method for receiving raw material for leucosapphire monocrystal growth includes melting of alumina mixture with 0.4-0.6 wt. % of carbon in the form of fine graphitic power, receiving a melting operation product in the skull and its following breakage. The received broken aluminous material is filled up previously before growth into the melting pot with a fuse put inside, the melting pot is disposed into the furnace chamber with graphite refractory facing and heating elements placed underneath. The atmosphere is vacuum-pumped to the pressure of 0.1-0.2 mm hg, the material is heated to premelting temperature for 20-24 hours. Then the argon is put on to the pressure 800-850 mm hg increasing the heating temperature to 2100-2200°С for 1-2 hours, liquid melt is aged for 2-3 hours and after cooling the melting pot with raw cake is taken out. The method provides the decreasing of the impurities content in the received raw material.

Description

Опис винаходуDescription of the invention

Даний винахід належить до галузі одержання вихідної сировини для вирощування монокристалів 2 лейкосапфіру методом горизонтальної спрямованої кристалізації (ГСК).This invention belongs to the field of obtaining raw materials for growing single crystals of leukosapphire 2 by the method of horizontal directional crystallization (HSC).

У цей час існує велика потреба в монокристалах лейкосапфіру високої оптичної якості - класу "Нідй оріїс", з однорідними характеристиками, і найперше, в УФ-діапазоні. Одержання таких монокристалів можливо із сировини, у якій концентрація окремих домішок (Ті, Мао, Са) не перевищує 5 ррт (сумарна концентрація всіх домішок - менш 30-50 ррт). 70 Для виготовлення оптичних вікон класу "Нідй оріїс" і підкладок для світлодіодів необхідні монокристали з орієнтацією (0001) на робочій поверхні й діаметром 200 мм і більше. Найбільш перспективним для одержання таких монокристалів є метод ГСК.At this time, there is a great need for single crystals of leucosapphire of high optical quality - class "Nidy Oriis", with uniform characteristics, and first of all, in the UV range. It is possible to obtain such single crystals from raw materials in which the concentration of individual impurities (Ti, Mao, Ca) does not exceed 5 ppt (the total concentration of all impurities is less than 30-50 ppt). 70 Single crystals with (0001) orientation on the working surface and a diameter of 200 mm or more are required for the manufacture of optical windows of the "Nyd oriis" class and substrates for LEDs. The most promising method for obtaining such single crystals is the HSC method.

Відомо ряд способів одержання сировини для вирощування монокристалів лейкосапфіру. Зокрема, спосіб (пат. РФ Мо 2140876, СОЇЕ 7/44) одержання сировини альфа-оксиду алюмінію шляхом попереднього одержання 12 зауглероженого гамма-окису алюмінію й наступної його обробки кісневмісним газом при температурі 1100-12502С до повного вигоряння вуглецю. При такій термообробці відбувається фазовий перехід гамма-окису алюмінію в альфа-оксид алюмінію. |Див також пат. РФ Мо 1477682, Мо 2092438, Мо 2167817, Мо 2223221, СОЇ 7/02 й іні.A number of methods of obtaining raw materials for growing leucosapphire single crystals are known. In particular, the method (pat. RF Mo 2140876, SOIE 7/44) of obtaining raw materials of alpha-aluminum oxide by preliminary obtaining 12 carbonized gamma-aluminum oxide and its subsequent processing with oxygen-containing gas at a temperature of 1100-12502С until complete combustion of carbon. During such heat treatment, a phase transition of gamma-aluminum oxide into alpha-aluminum oxide occurs. See also Pat. RF Mo 1477682, Mo 2092438, Mo 2167817, Mo 2223221, SOI 7/02 and others.

Недоліками відомих способів є високе утримування домішок у кінцевому продукті (концентрація окремих домішок перевищує 10-30 ррт), низька відтворюваність фізико-хімічних властивостей, оскільки його состав повністю визначається вмістом домішок у вихідній сировині, висока собівартість цільового продукту Через високі енерговитрати, що утрудняє їхнє використання при крупнотоннажному виробництві.The disadvantages of the known methods are high retention of impurities in the final product (concentration of individual impurities exceeds 10-30 ppt), low reproducibility of physico-chemical properties, since its composition is completely determined by the content of impurities in the raw material, high cost of the target product Due to high energy costs, which complicates their use in large-scale production.

Відомий спосіб (пат. РФ Мо 2257346, СОР 7/02, С09 К 3/14) одержання дрібнокристалічного альфа-оксиду алюмінію, що включає нагрівання в автоклаві води й оксиду або гідрооксиду алюмінію до температури синтезу сч 250-4002С при підвищеному тиску й витримку при цій температурі. Оксид або гідроксид алюмінію й воду берутьу (СО) ваговому співвідношенні 1:0,7-1,2 відповідно. Витримку проводять при тиску 300-600 атм. Після витримки при температурі синтезу протягом не менш 20 годин проводять термообробку, або в процесі охолодження від температури синтезу до температури навколишнього середовища протягом не менш 24 годин без зниження сч 20 тиску, або в процесі зниження тиску при температурі синтезу зі швидкістю 20-50 атм/година до атмосферного тиску з наступним відключенням нагрівання в автоклаві. (Се)A known method (pat. RF Mo 2257346, СОР 7/02, С09 K 3/14) of obtaining fine-crystalline alpha-aluminum oxide, which includes heating water and aluminum oxide or hydroxide in an autoclave to the synthesis temperature of 250-4002С under elevated pressure and exposure at this temperature. Aluminum oxide or hydroxide and water (CO) are taken in a weight ratio of 1:0.7-1.2, respectively. Aging is carried out at a pressure of 300-600 atm. After holding at the synthesis temperature for at least 20 hours, heat treatment is carried out, or in the process of cooling from the synthesis temperature to ambient temperature for at least 24 hours without lowering the pressure by 20 m, or in the process of reducing the pressure at the synthesis temperature at a rate of 20-50 atm/ hour to atmospheric pressure followed by turning off the heating in the autoclave. (Se)

У порівнянні з наведеними способами, даний спосіб забезпечує зниження домішок у такий спосіб: окису калію « з 500 до 70 ррт, окису заліза з 100 до 40 ррт. У цілому сумарний вміст домішок зменшується з 1000 до 500 ррт.Compared to the above methods, this method provides a reduction of impurities as follows: potassium oxide from 500 to 70 ppm, iron oxide from 100 to 40 ppm. In general, the total content of impurities decreases from 1000 to 500 ppt.

Однак, вміст домішок на такому рівні не дозволяє використовувати отриману сировину для вирощування с з монокристалів лейкосапфіру класу "Нідп оріїс". Крім цього, як і попередні способи, даний спосіб має високу М собівартість.However, the content of impurities at such a level does not allow the use of the obtained raw materials for growing single crystals of leucosapphire of the Nidp oris class. In addition, like the previous methods, this method has a high M cost price.

Монокристали, вирощені з такої сировини, використовуються для одержання виробів для стандартної оптики, що не має підвищених вимог до прозорості й стійкості до УФ опромінення, до однорідності цих параметрів (лінзи, оптичні стекла, оптичні вікна технологічного обладнання, сканерів банківських апаратів й ін.). « 20 Відомий спосіб (пат. РФ Мо 2118612, СО1Е 7/44 одержання порошку о-глинозему шляхом прожарювання, -в с принаймні одного вихідного матеріалу, обраного з модифікацій оксиду алюмінію й сполук алюмінію.Monocrystals grown from such raw materials are used to produce products for standard optics that do not have high requirements for transparency and resistance to UV radiation, for the uniformity of these parameters (lenses, optical glasses, optical windows of technological equipment, scanners of banking machines, etc.). . "20 A known method (pat. RF Mo 2118612, СО1Е 7/44) of obtaining o-alumina powder by calcination, with at least one starting material selected from modifications of aluminum oxide and aluminum compounds.

Прожарювання проводять у галогенвмісній атмосфері, що включає газоподібний галогенід водню, газоподібний :з» галоген або суміш газоподібного галогену й пару. Наступне дегалогеніровання дозволяє одержати порошок альфа-оксиду алюмінію чистотою 99,995. |див. також Е.Добровинская и др. Знциклопедия сапфира. Харьков,Firing is carried out in a halogen-containing atmosphere, which includes hydrogen halide gas, halogen gas, or a mixture of halogen gas and steam. The following dehalogenation makes it possible to obtain a powder of alpha-aluminum oxide with a purity of 99.995. | see also E. Dobrovinskaya et al. Zncyclopedia of sapphire. Kharkiv,

НТК Институт монокристаллов", 2004, с.214). -І З отриманої такими способами сировини вирощують монокристали лейкосапфіру класу "Нідй оріїс".NTK Institute of Single Crystals", 2004, p. 214). -I From raw materials obtained by such methods, single crystals of leucosapphire of the "Nidy oriis" class are grown.

Недоліком даних способів є висока собівартість сировини, що становить від ЗО до 70 дол. США за кГ. со Наприклад, вартість одного кг оксиду алюмінію фірми КЗА (Франція), одержаного по наведеному способу, їз становить 55,00 дол. США.The disadvantage of these methods is the high cost of raw materials, which ranges from 3 to 70 dollars. USA per kg. For example, the cost of one kg of aluminum oxide from KZA (France), obtained by the above method, is $55.00. USA.

Слід також зазначити й той факт, що одержана всіма наведеними способами сировина, являє собою іа дрібнодисперсний порошок з насипною вагою 1,7-1,9 грам/см'. При вирощуванні монокристалів лейкосапфіруIt should also be noted that the raw material obtained by all the above methods is a finely dispersed powder with a bulk weight of 1.7-1.9 grams/cm'. When growing leucosapphire single crystals

ІЗ насипна щільність порошкоподібної сировини не повинна бути менш 3,0 грам/см"?. Тому перед вирощуванням монокристалів потрібне попереднє спікання або сплавка сировини й наступне її дроблення до визначеного розміру зерна. Ця попередня операція додатково збільшує вартість кінцевого продукту - монокристалів.The bulk density of the powdered raw material should not be less than 3.0 grams/cm". Therefore, prior to growing single crystals, preliminary sintering or fusion of the raw material and its subsequent crushing to the specified grain size is required. This preliminary operation additionally increases the cost of the final product - single crystals.

Найбільш дешевим вихідним продуктом для одержання сировини для вирощування монокристалів лейкосапфіру є металургійний глинозем - дрібнодисперсний порошок, який використовується у виробництві о алюмінію. Вартість 1 кГ глинозему не перевищує 0,5 дол. США. Однак через низьку хімічну чистоту й малу іме) насипну вагу його не можна використовувати для вирощування монокристалів лейкосапфіру без попереднього глибокого очищення й сплавки. 60 Відомий спосіб (пат. України Мо 50000, 330 У 29/20| одержання сировини із глинозему, що включає змішування порошку глинозему з 0,4-0,6 ваг.о вуглецю у вигляді дрібнодисперсного порошку графіту, завантаження суміші в піч, що відкачують до тиску 0,2-0,4 мм рт. ст., нагрівання суміші зверху до температури 1600-190092С7 и витримки протягом 5-6 годин у відновному середовищі на основі монооксиду вуглецю. Потім напускають аргон до тиску 800-850 мм рт. ст. і продовжують нагрівання до появи розплаву на поверхні 65 порошкової маси (у гарнісажі).The cheapest starting product for obtaining raw materials for growing leukosapphire single crystals is metallurgical alumina - a finely dispersed powder that is used in the production of aluminum. The cost of 1 kg of alumina does not exceed 0.5 dollars. USA. However, due to its low chemical purity and low bulk weight, it cannot be used to grow single crystals of leucosapphire without deep purification and fusion. 60 A known method (patent of Ukraine Mo 50000, 330 U 29/20) for obtaining raw materials from alumina, which includes mixing alumina powder with 0.4-0.6 wt.o of carbon in the form of finely dispersed graphite powder, loading the mixture into a furnace, which pumping down to a pressure of 0.2-0.4 mm Hg, heating the mixture from above to a temperature of 1600-190092С7 and holding for 5-6 hours in a reducing environment based on carbon monoxide. Then argon is injected to a pressure of 800-850 mm Hg. and continue heating until a melt appears on the surface of the powder mass (in the garnish).

При цьому відновне середовище на основі монооксиду вуглецю встановлюються в печі вже при 1300 С завдяки графітової футеровці самої печі й введеному порошку вуглецю.At the same time, the reducing medium based on carbon monoxide is installed in the furnace already at 1300 C thanks to the graphite lining of the furnace itself and the introduced carbon powder.

Потім піч прохолоджують природним шляхом. Отриманий корж виймають і дроблять до розміру часток 1-5 мм (насипна вага такої крихти досягає З грам/см 7). Отриману крихту засипають у тигель із запалом і тигель поміщають у ростову піч для вирощування монокристалів лейкосапфіру методом ГСК.Then the furnace is cooled naturally. The resulting cake is taken out and crushed to a particle size of 1-5 mm (bulk weight of such crumbs reaches 3 grams/cm 7). The resulting crumb is poured into a crucible with an igniter and the crucible is placed in a growth furnace for growing single crystals of leukosapphire by the HSC method.

У порівнянні з наведеними аналогами, даний спосіб забезпечує більш рентабельне одержання великогабаритних монокристалів лейкосапфіру з нульовою орієнтацією. Спосіб є більш простим і менш енергоємним, а, головне, для його реалізації використовується глинозем, що доступний у тоннажному виробництві, а тому дешевий. У результаті вартість 1 КГ сировини не перевищує 5,0 дол. США. 70 Однак, в отриманій сировині залишаються домішки, такі як СаО, Мас, Ті 5, БІО, у концентраціях більш 10 ррт. Додаткове очищення сировини при цьому відбувається на стадії попереднього проплавлення сировини (сплавки крихти при швидкості переміщення тигля 40-60 мм/година) і в, більшому ступеню, у процесі безпосереднього вирощування монокристалів за рахунок відтискування домішок границею розподілу фаз і наступним їхнім випаром. Процес випару домішок при цьому лімітується дифузійними процесами. Це приводить 75 до неоднорідного розподілу домішок по довжині й товщині, вирощеного монокристала (більш висока концентрація домішок знаходиться наприкінці й на дні вирощеного монокристала). Варто звернути увагу й на той факт, що в процесі дроблення не виключене додаткове забруднення отриманої сировини.Compared to the above analogues, this method provides a more cost-effective production of large-sized leucosapphire single crystals with zero orientation. The method is simpler and less energy-intensive, and, most importantly, for its implementation, alumina is used, which is available in tonnage production, and therefore cheap. As a result, the cost of 1 kg of raw materials does not exceed 5.0 dollars. USA. 70 However, impurities such as CaO, Mas, Ti 5, BIO remain in the obtained raw materials in concentrations of more than 10 ppt. Additional purification of raw materials takes place at the stage of preliminary melting of raw materials (melting of crumb at a speed of movement of the crucible of 40-60 mm/hour) and, to a greater extent, in the process of direct growth of single crystals due to the pressing out of impurities by the boundary of the phase distribution and their subsequent evaporation. At the same time, the process of evaporation of impurities is limited by diffusion processes. This leads 75 to an inhomogeneous distribution of impurities along the length and thickness of the grown single crystal (a higher concentration of impurities is at the end and bottom of the grown single crystal). It is also worth paying attention to the fact that additional contamination of the received raw materials is not excluded during the crushing process.

Тому, одержувана таким способом сировина не забезпечує вирощування монокристалів класу "Нідй оріїс".Therefore, the raw material obtained in this way does not ensure the growth of single crystals of the "Nidy oriis" class.

Вирощені монокристали можуть бути використані тільки в стандартній оптиці.Grown single crystals can be used only in standard optics.

Як прототип нами обраний останній з аналогів.We chose the last of the analogues as a prototype.

В основу даного винаходу поставлене завдання створення економічного способу одержання сировини із глинозему для вирощування монокристалів лейкосапфіру високої оптичної якості з однорідними оптичними характеристиками, зокрема, в УФ- діапазоні, тобто класу "Нідй оріїс".The basis of this invention is the task of creating an economical method of obtaining raw materials from alumina for growing leucosapphire single crystals of high optical quality with uniform optical characteristics, in particular, in the UV range, i.e., the "Nidy Oriis" class.

Рішення поставленого завдання забезпечується тим, що в способі одержання сировини із глинозему для с вирощування монокристалів лейкосапфіру, що включає сплавку суміші глинозему з 0,4-0,6 ваг.бо вуглецю у вигляді дрібнодисперсного порошку графіту, одержання продукту плавки в гарнісажі і його наступне дроблення, і9) відповідно до винаходу, роздроблену глиноземну сировину попередньо перед вирощуванням засипають у тигель із установленому в ньому запалом, тигсель поміщають у камеру печі що має графітову футеровку з розташованими знизу нагрівальними елементами, піч відкачують до тиску 0,1-0,2 мм рт. ст., нагріваютьсировину СУ до передплавильної температури протягом 20-24 годин, потім напускають аргон до тиску 800-850 мм рт. ст., підвищують температуру нагрівання до 2100-22002С впродовж 1-2 годин, витримують розплав протягом 2-3 о годин і після охолодження виймають тигель із сировиною-злитком. чуThe solution to the task is provided by the fact that in the method of obtaining raw materials from alumina for the growth of single crystals of leucosapphire, which includes fusion of a mixture of alumina with 0.4-0.6 wt.bo of carbon in the form of finely dispersed graphite powder, obtaining the product of melting in the garnish and its subsequent crushing, and 9) according to the invention, crushed alumina raw materials are poured into a crucible with an igniter installed in it before growing, the crucible is placed in the furnace chamber that has a graphite lining with heating elements located below, the furnace is pumped down to a pressure of 0.1-0.2 mm mercury st., heat the SU raw material to the pre-melting temperature for 20-24 hours, then blow in argon to a pressure of 800-850 mm Hg. Art., raise the heating temperature to 2100-22002C for 1-2 hours, keep the melt for 2-3 hours and after cooling, remove the crucible with raw material-ingot. listen

Поміщення тигля із сировиною в камеру печі з розташованими знизу нагрівальними елементами що має графітову футеровку забезпечує нагрівання й плавлення сировини-крихти знизу (тобто по всьому об'ємі) і в 09 результаті тривалого нагрівання й витримці при зазначених температурах забезпечується інтенсивне - перемішування розплаву за рахунок теплової конвекції, що візуально спостерігається наявністю конвекційних хвиль на його поверхні. У процесі підйому температури після напуску аргону до зазначеного тиску, у печі мимовільно формується середовище, що містить 2-3 956 відновних компонентів СО і Н » (результат взаємодії « кисню й парів води із графітом при високих температурах).Placing the crucible with the raw material in the furnace chamber with heating elements located below, which has a graphite lining, ensures heating and melting of the raw material-crumbs from below (that is, throughout the entire volume) and as a result of prolonged heating and holding at the specified temperatures, intensive mixing of the melt is ensured due to thermal convection, which is visually observed by the presence of convection waves on its surface. In the process of raising the temperature after argon has been injected to the specified pressure, an environment containing 2-3,956 reducing components of CO and H is spontaneously formed in the furnace (the result of the interaction of oxygen and water vapor with graphite at high temperatures).

Завдяки цьому досягається інтенсивна взаємодія оксидів домішок на поверхні розплаву з СО та Н 5, їхнє - с відновлення та випаровування. Таким чином досягається глибоке очищення розплаву по всій товщині. ц Як показали експерименти, вакуумування печі в інтервалі тиску 0,1-0,2 мм рт. ст. і підйом температури до ,» передплавільної у цих умовах протягом 20-24 годин забезпечує ефективну дегазацію сировини й теплових екранів, крім того, при цьому виключається протікання масоперенесення молібдену (матеріал тигля) і утворення плівок молібдену в сировині. - І Тиск аргону в інтервалі 800-850 мм рт. ст., з одного боку, виключає натікання атмосферного повітря в со об'єм печі й небажану зміну її складу, а з іншого боку - саме при цьому тиску аргону в печі формується газове середовище, що містить 2-396 відновних компонентів (СО-Н.о), завдяки яким, насамперед, і відбувається щ» очищення розплаву.Thanks to this, intensive interaction of impurity oxides on the surface of the melt with CO and H 5, their reduction and evaporation is achieved. In this way, a deep cleaning of the melt is achieved throughout the thickness. As experiments showed, vacuuming the furnace in the pressure range of 0.1-0.2 mm Hg. Art. and raising the temperature to "pre-melting temperature" under these conditions for 20-24 hours ensures effective degassing of raw materials and thermal screens, in addition, mass transfer of molybdenum (crucible material) and the formation of molybdenum films in raw materials are excluded. - I Argon pressure in the range of 800-850 mm Hg. Art., on the one hand, excludes the inflow of atmospheric air into the volume of the furnace and an undesirable change in its composition, and on the other hand - precisely at this pressure of argon in the furnace, a gaseous environment is formed containing 2-396 reducing components (СО-Н .o), thanks to which, first of all, the melt is purified.

Тиск аргону більше 850 мм рт. ст. недоцільно через міркування можливого ушкодження окремих вузлів печі:Argon pressure is more than 850 mm Hg. Art. impractical due to possible damage to individual units of the furnace:

Ф вимірювальні скляні лампи, масляні ущільнення й т.д.Ф measuring glass lamps, oil seals, etc.

Що) З економічних міркувань для реалізації заявленого способу обране газове середовище з напуском аргону до 800-850 мм рт. ст.What) For economic reasons, a gas environment with an argon inflow of up to 800-850 mm Hg was chosen for the implementation of the claimed method. Art.

Підйом температури до передплавильної (1900-195022) швидше ніж за 20 годин, як показали експерименти, приводить до утворення в сировині молібденових плівок - результат масоперенесення молібдену з поверхні о тигля в присутності десорбірованих кисню й парів води; збільшення тривалості підйому понад 24 годин недоцільно з економічних міркувань. іме) Мінімальна температура витримки розплаву (210022) обгрунтована тим, що розплав при цій температурі стає досить рідким для виникнення інтенсивних конвекційних потоків; підвищення ж температури більше 2200 сс 60 технічно складно й недоцільно (зменшується термін служби тигля й нагрівачів).As experiments have shown, raising the temperature to the pre-melting temperature (1900-195022) faster than 20 hours leads to the formation of molybdenum films in the raw material - the result of mass transfer of molybdenum from the surface to the crucible in the presence of desorbed oxygen and water vapor; increasing the duration of the ascent beyond 24 hours is impractical for economic reasons. име) The minimum temperature of holding the melt (210022) is justified by the fact that the melt at this temperature becomes sufficiently liquid for the occurrence of intense convection currents; increasing the temperature by more than 2200 ss 60 is technically difficult and impractical (the service life of the crucible and heaters decreases).

Підвищення температури до 2100-22002С швидше, ніж за одну годину, може привести до газового кипіння розплаву; тривалий підйом температури більше двох годин недоцільний через збільшення тривалості процесу в цілому.Increasing the temperature to 2100-22002С faster than in one hour can lead to gaseous boiling of the melt; a long rise in temperature for more than two hours is impractical due to the increase in the duration of the process as a whole.

Витримка розплаву при температурі 2100-2200 більше трьох годин недоцільна, тому що зниження бо концентрації домішок не спостерігається, а при витримці менш двох годин очищення розплаву не досягає максимально можливого ступеню.Holding the melt at a temperature of 2100-2200 for more than three hours is impractical, because a decrease in the concentration of impurities is not observed, and with a holding of less than two hours, the purification of the melt does not reach the maximum possible degree.

Після охолодження тигель із отриманою сировиною-злитком виймають із печі й поміщають у ростову піч.After cooling, the crucible with the obtained ingot raw material is removed from the furnace and placed in the growth furnace.

Злиток має низьку й однорідну по всьому об'єму концентрацію домішок і не вимагає додаткової підготовки (дроблення та перевантаження в інший тигель) перед кристалізацією.The ingot has a low and homogeneous concentration of impurities throughout the entire volume and does not require additional preparation (crushing and overloading in another crucible) before crystallization.

У таблиці наведена величина концентрації домішок, що містяться в сировині, отриманій пропонованим способом у порівнянні з іншими способами.The table shows the value of the concentration of impurities contained in the raw materials obtained by the proposed method in comparison with other methods.

На фіг1, 2 наведені спектри оптичного пропускання, відповідно на початку й в кінці монокристалів, вирощених із сировини, отриманий пропонованим способом (суцільна лінія) і сировини фірми К5А (пунктирна 7/0. Лінія) для верхніх і придонних їхніх частин.Figures 1 and 2 show optical transmission spectra, respectively, at the beginning and at the end of single crystals grown from raw materials obtained by the proposed method (solid line) and raw materials from the K5A company (dashed 7/0. Line) for their upper and bottom parts.

Пропонований спосіб реалізують у такий спосіб.The proposed method is implemented in the following way.

Попередньо просушений порошок глинозему марки Г-00 (використовуваний в алюмінієвій промисловості) змішують із 0,5 ваг.9о вуглецю у вигляді дрібнодисперсного порошку графіту марки ГМ3. Суміш завантажують у піч із вольфрамовим нагрівачем, виготовлену на базі промислової ростової установки СЗВН. Камеру печі 7/5 Відкачують до тиску 0,2 мм рт. ст. і починають нагрівання суміші зверху до температури 19002С, витримують при цій температурі протягом б годин у відновному середовищі на основі монооксиду вуглецю. Це відновне середовище встановлюється в камері завдяки графітової футеровці зводу камери, а також уведеному в глинозем графіту вже починаючи з температури 13002С. Потім напускають аргон до тиску 800 мм рт. ст.і продовжують нагрівання до появи розплаву на поверхні порошкової маси (у гарнісажі), та витримують розплав 2 години. Після остигання печі на гарнісажі залишається продукт плавки у вигляді коржа діаметром 500 мм, товщиною в центрі близько 70 мм і масою порядку ЗО кГ.Pre-dried alumina powder of the G-00 brand (used in the aluminum industry) is mixed with 0.5 wt.9o of carbon in the form of finely dispersed graphite powder of the ГМ3 brand. The mixture is loaded into a furnace with a tungsten heater, made on the basis of an industrial growth plant SZVN. The furnace chamber 7/5 is pumped down to a pressure of 0.2 mm Hg. Art. and start heating the mixture from above to a temperature of 19002С, keep it at this temperature for b hours in a reducing environment based on carbon monoxide. This reducing medium is installed in the chamber thanks to the graphite lining of the chamber vault, as well as the graphite introduced into the alumina already starting at a temperature of 13002C. Then argon is injected to a pressure of 800 mm Hg. st. and continue heating until a melt appears on the surface of the powder mass (in the garnish), and keep the melt for 2 hours. After the furnace cools down, the melting product remains on the garnish in the form of a cake with a diameter of 500 mm, a thickness in the center of about 70 mm and a mass of about 30 kg.

Технологічні режими при цьому можуть варіюватися в наступних межах: кількість домішки графіту від 0,4 до 0,6 ваг. 9о; тиск від 0,2 до 0,4 мм рт. ст.; температура нагрівання від 1600 до 19002; час витримки 5-6 годин; тиск аргону 800-900 мм рт. ст. Швидкість підйому температури до розплавлювання суміші для одержання Ге продукту плавки в цьому випадку не має значення. оAt the same time, technological regimes can vary within the following limits: the amount of graphite admixture from 0.4 to 0.6 weight. 9 o'clock; pressure from 0.2 to 0.4 mm Hg. art.; heating temperature from 1600 to 19002; exposure time 5-6 hours; argon pressure 800-900 mm Hg. Art. In this case, the rate of temperature rise to melting of the mixture to obtain He melting product is not important. at

Отриманий продукт плавки дроблять до одержання крихти з розміром часток 1-5 мм (насипна вага такої крихти досягає З грам/ см").The resulting melting product is crushed to obtain crumbs with a particle size of 1-5 mm (the bulk weight of such crumbs reaches 3 grams/cm").

Попередньо перед вирощуванням, отриману крихту засинають у тигель із розміщеному в ньому запалом і поміщають його в камеру печі з графітовою футеровкою та розташованими знизу нагрівальними елементами, ЄМ виключаючи при цьому можливість підплавлення запалу. Після вакуумування до тиску 0,2 мм рт. ст. підвищують «со температуру нагрівання печі до 19002 протягом 20 годин. Потім напускають аргон до тиску 850 мм рт. ст.і продовжують нагрівання до 21002 впродовж 1,5 годин, витримують розплав протягом 2,5 годин. У результаті « пропонованої додаткової термообробки отриманого попередньо продукту плавки забезпечується інтенсивне со перемішування розплаву по всьому об'ємі тигля й взаємодія його з відновними компонентами середовища, відновлення оксидів домішок і випар летучих компонентів. в.Prior to growing, the resulting crumb is put into a crucible with a fuse placed in it and placed in a furnace chamber with a graphite lining and heating elements located below, while the EM excludes the possibility of fuse melting. After vacuuming to a pressure of 0.2 mm Hg. Art. increase the furnace heating temperature to 19002 for 20 hours. Then argon is injected to a pressure of 850 mm Hg. Art. and continue heating to 21002 for 1.5 hours, keep the melt for 2.5 hours. As a result of the "proposed additional heat treatment of the previously obtained melting product, intensive mixing of the melt throughout the entire volume of the crucible and its interaction with reducing components of the environment, reduction of oxides of impurities and vapors of volatile components is ensured. in.

Після охолодження печі (природне охолодження печі становить близько 12 годин), розгерметизують піч й виймають тигель із сировиною-злитком.After cooling the furnace (natural cooling of the furnace is about 12 hours), depressurize the furnace and take out the crucible with the raw ingot.

Тигель із сировиною-злитком і із запалом, установленим попередньо, поміщають у ростову піч (промислові « ростові установки типу СЗВН, "Горизонт" і здійснюють вирощування монокристалу лейкосапфіру відомим методом ГСК. о) с Дослідження хімічного складу отриманої сировини й вирощених монокристалів здійснювали методом "» спектрального аналізу. Спектри пропущення Т(75) реєстрували на спектрофотометрі "ЗРЕСОКО-ОМ-МІВ". у " спектральному діапазоні 200-275 нм - у діапазоні, найбільш чутливому до концентрації домішок у сировині й кристалах.The crucible with the raw material-ingot and with the igniter installed in advance is placed in a growth furnace (industrial "growth plants of the SZVN, Horizont type and grow a single crystal of leucosapphire by the well-known GSK method. o) c The chemical composition of the obtained raw materials and grown single crystals was studied by the method " » of spectral analysis. Transmittance spectra of T(75) were recorded on the spectrophotometer "ZRESOKO-OM-MIV" in the spectral range of 200-275 nm - in the range most sensitive to the concentration of impurities in raw materials and crystals.

В. й 2V. and 2

Фу 2Phew 2

Ко)Co.)

Як випливає з таблиці, пропонований спосіб забезпечує глибоке очищення вихідної глиноземної сировини до рівня дорогих видів сировини, наприклад, фірми КЗА (Франція). При цьому вартість отриманої сировини, з урахуванням витрат на проведення всього циклу його одержання, не перевищує 10 дол. США за кГ, у порівнянніAs can be seen from the table, the proposed method provides deep purification of the original alumina raw material to the level of expensive types of raw materials, for example, KZA (France). At the same time, the cost of the received raw materials, taking into account the costs of carrying out the entire cycle of its production, does not exceed 10 dollars. USA per kg, in comparison

Ге! з 55,00 дол. США фірми К5А.Gee! from $55.00 USA company K5A.

З фіг.1, 2 добре видно, що при однаковому рівні оптичної прозорості її однорідність в УФ-діапазоні в ко монокристалах, вирощених із глинозему, приготовленого відповідно до заявленого способу, навіть трохи вище, ніж у монокристалів, отриманих із сировини, зробленої фірмою К5А (Франція). бо Цей факт дозволяє використовувати отриману по пропонованому способу сировину для виробництва великогабаритних оптичних елементів класу "Нідй оріїс" і виключає необхідність закупівлі дорогої імпортної сировини.From Fig. 1, 2 it is clearly visible that with the same level of optical transparency, its homogeneity in the UV range in single crystals grown from alumina prepared according to the claimed method is even slightly higher than in single crystals obtained from raw materials produced by the K5A company (France). because This fact makes it possible to use the raw materials obtained by the proposed method for the production of large-sized optical elements of the "Nidy Oriis" class and eliminates the need to purchase expensive imported raw materials.

Введення додаткової операції попереднього проплавлення роздробленого продукту плавки в технологічний цикл, дозволило також підвищити відтворюваність умов наступного вирощування монокристала в ростової печі, 65 тому що випар легколетючих домішок (зокрема Ма), а також інтенсивна дегазація сировини відбуваються на проміжній стадії поза ростовою піччю (на відміну від прототипу). Тому при наступному вирощуванні монокристалу спостерігається менш інтенсивне заростання теплових екранів ростової печі в зоні розплаву, що, як правило, змінює умови відкачки й приводить до неконтрольованої зміни умов кристалізації.The introduction of an additional operation of preliminary melting of the fragmented melting product into the technological cycle also made it possible to increase the reproducibility of the conditions for the subsequent growth of a single crystal in a growth furnace, 65 because the evaporation of volatile impurities (in particular Ma), as well as intensive degassing of raw materials, occur at an intermediate stage outside the growth furnace (unlike from the prototype). Therefore, during the subsequent growth of a single crystal, there is a less intense overgrowth of the heat screens of the growth furnace in the melt zone, which, as a rule, changes the pumping conditions and leads to an uncontrolled change in the crystallization conditions.

Таким чином, пропонований спосіб забезпечує: одержання дешевої сировини за ціною не більш 10 дол. США за кКГ для вирощування монокристалів класу "Нідп оріїіс"; зниження вимог до вихідної глиноземної сировини; збільшення терміну служби ростових печей для вирощування монокристалів лейкосапфіру методом ГСК; виключення залежності від імпортної сировини.Thus, the proposed method provides: obtaining cheap raw materials at a price of no more than 10 dollars. USA for kKG for growing monocrystals of the Nidp oriis class; reduction of requirements for raw alumina raw materials; increasing the service life of growth furnaces for growing leucosapphire single crystals by the HSC method; elimination of dependence on imported raw materials.

Claims (1)

Формула винаходу Спосіб одержання сировини з глинозему для вирощування монокристалів лейкосапфіру, який включає /5 бплавку суміші глинозему з 0,4-0,6 мас. 95 вуглецю у вигляді дрібнодисперсного порошку графіту, одержання продукту плавки в гарнісажі і його наступне дроблення, який відрізняється тим, що роздроблений глиноземний матеріал попередньо перед вирощуванням засипають у тигель з встановленою у ньому затравкою, тигель поміщають у камеру печі з графітовою футерівкою і розташованими знизу нагрівальними елементами, атмосферу відкачують до тиску 0,1-002 мм рт. ст., нагрівають матеріал до передплавильної температури протягом 20-24 годин, потім напускають аргон до тиску 800-850 мм рт. ст., підвищують температуру нагрівання до 2100-22002С впродовж 1-2 годин, витримують розплав протягом 2-3 годин і після охолодження виймають тигель із сировиною-злитком. с щі 6) с то те « (ее) і -The formula of the invention The method of obtaining raw materials from alumina for growing single crystals of leukosapphire, which includes /5 bmelt mixture of alumina with 0.4-0.6 wt. 95 carbon in the form of finely dispersed graphite powder, obtaining the melting product in the garnish and its subsequent crushing, which is characterized by the fact that the crushed alumina material is poured into a crucible with a seed installed in it before growing, the crucible is placed in the furnace chamber with a graphite lining and heating elements located below elements, the atmosphere is pumped to a pressure of 0.1-002 mm Hg. century, heat the material to the pre-melting temperature for 20-24 hours, then blow in argon to a pressure of 800-850 mm Hg. Art., raise the heating temperature to 2100-22002C for 1-2 hours, keep the melt for 2-3 hours and after cooling, remove the crucible with raw material-ingot. s schi 6) s to te « (ee) and - - . и? -і (ее) щ» (о) Ко) іме) 60 б5- and? -i (ee) sh» (o) Ko) ime) 60 b5
UAA200600050A 2006-01-03 2006-01-03 Method for receiving raw material of alumina for leucosapphire monocrystal growth UA78462C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
UAA200600050A UA78462C2 (en) 2006-01-03 2006-01-03 Method for receiving raw material of alumina for leucosapphire monocrystal growth

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
UAA200600050A UA78462C2 (en) 2006-01-03 2006-01-03 Method for receiving raw material of alumina for leucosapphire monocrystal growth

Publications (1)

Publication Number Publication Date
UA78462C2 true UA78462C2 (en) 2007-03-15

Family

ID=37952157

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
UAA200600050A UA78462C2 (en) 2006-01-03 2006-01-03 Method for receiving raw material of alumina for leucosapphire monocrystal growth

Country Status (1)

Country Link
UA (1) UA78462C2 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Kokh et al. Growth of GaSe and GaS single crystals
Fedorov et al. Barium borateβ-BaB 2 O 4 as a material for nonlinear optics
RU2324021C2 (en) Method for treatment of rare-earth metal chloride, bromide or iodode in carbonaceous crucible
KR100552130B1 (en) Calcium fluoride crystal production method and raw material processing method
JP5532435B2 (en) Pretreatment metal fluoride and method for producing fluoride crystal
WO2003078703A1 (en) CdTe SINGLE CRYSTAL AND CdTe POLYCRYSTAL, AND METHOD FOR PREPARATION THEREOF
JPH0826742A (en) Synthetic quartz glass powder
EP0241614B1 (en) Process for enhancing ti:al2o3 tunable laser crystal fluorescence by controlling crystal growth atmosphere
Fang et al. Bridgman growth of LiYF 4 single crystal in nonvacuum atmosphere
US3350166A (en) Synthesis of aluminum borate whiskers
Baldochi et al. Growth and optical characteristics of Ce-doped and Ce: Na-codoped BaLiF3 single crystals
JP3533648B2 (en) Reactive oxygen species inclusion calcia-alumina oxide single crystal and method for producing the same
JP2001240497A (en) Method and equipment for manufacturing single crystal fluoride
UA78462C2 (en) Method for receiving raw material of alumina for leucosapphire monocrystal growth
Bajaj et al. Crystallization of bismuth borate glasses
JPH0419199B2 (en)
JP2006347834A (en) Method for producing metal fluoride single crystal
JPH0623074B2 (en) Purification method of chalcogenide glass raw material
Tsvetkov et al. General approaches to design of a reproducible technique for the growth of large crystals of barium metaborate (BBO) for industrial application
RU2588627C1 (en) Method of refining metallurgical silicon
JP4484208B2 (en) Method for producing metal fluoride single crystal
KR101469704B1 (en) Apparatus and method for manufacturing sapphire single crystal
Kawaminami et al. Crystal growth of large sapphire and its optical properties
RU2186744C1 (en) METHOD OF PRODUCTION OF GLASSES GexS1-x (X=0,1-0,5)
Shi et al. Optical spectra of Eu2+ ion doped KMgF3 single crystals grown by Bridgman method