Выращивание монокристаллов. Все технологии выращивания монокристаллов из расплава реализуют принцип направленной кристаллизации. Самыми сложными задачами при этом является обеспечение требуемых тепловых режимов и прецизионное перемещение кристалла (затравки) и, для случая безтигельной зонной плавки, перемещение заготовки.
Сложность получения качественных монокристаллов увеличивается с увеличением размеров монокристаллов и температуры плавления материала.
В общем виде, методы выращивания монокристаллов из расплава можно разделить на следующие методы:
Вытягивание из расплава (Чохральского, Киропулоса-Мусатова, Степанова);
Зонная плавка (Пфанн и др., безтигельная зонная плавка);
Направленная кристаллизация (Обреимова-Шубникова, Бриджмена, Стокбаргера);
Наплавка (Вернейля), применяемая в основном для получения ювелирных и промышленных камней небольшого размера.
Из всех перечисленных методов только метод безтигельной зонной плавки позволяет получать монокристаллы высокой чистоты, в том числе и из тугоплавких металлов, таких как вольфрам, молибден и их сплавы.
В этом разделе представлена установка для выращивания монокристаллов тугоплавких металлов «ВАТТ УЗП-800» при разработке и изготовлении которой успешно решен весь комплекс проблем, обусловленный требованиями к размеру и качеству кристалла:
- сложнейшая и нагруженная система приводных штоков, состоящая из двух смонтированных на одной базовой плите соосных полых водоохлаждаемых штоков разного исполнения диаметром 80 мм и длинной 2,3-2,6 м, и предназначенная для передачи прецизионного возвратно-поступательного и вращательного реверсивного движения в вакуумную камеру для перемещения и вращения заготовки и монокристаллической затравки в процессе зонной плавки. Штоки изготовлены и нержавеющей стали, внешняя поверхность имеет хромовое покрытие с полировкой, внутри одного из штоков смонтирован дополнительный герметичный ввод вращения. Движением штоков осуществляется посредством 4-х синхронных сервоприводов фирмы SewEurodrive. Точность поддержания относительной линейной скорости штоков составляет ±0,01 мм/мин, диапазон скоростей линейного перемещения 0,1-200 мм/мин, скорости вращения 2-30 об/мин при точности поддержания ±0,5 %. Уплотнение штоков двойной и снабжено промежуточной форвакуумной откачкой;
- стабилизированная система питания электронно-лучевой пушки (мощность - 75 кВт, ускоряющее напряжение - 15 кВ, ток - 5 А), поддерживающая заданный ток эмиссии независимо от температуры вольфрамового катода, расположенного вокруг зоны плавки;
- автоматическая система контроля и управления плавкой, включающая водоохлаждаемый стробоскоп для защиты смотрового окна, систему видеоконтроля с определением геометрических параметров зоны плавки, программный комплекс, управляющий мультиприводами в зависимости от геометрических параметров зоны плавки
Решение этих задач позволило получать кристаллы тугоплавких металлов и сплавов диаметром до 40 мм и длиной до 80 мм с высоким качеством поверхности – это в мире не делает никто.
Интересно:
Из кристаллов вольфрама делают оболочки ЯЭУ с минимальным сроком службы 10 лет. Работа выполняется в рамках программы полетов на Марс. В «Комсомольской правде» на весь разворот было размещено интервью с академиком, руководителем программы – цитата – «Я с большим трепетом держал в руках кристалл вольфрама такого размера…»
Наша компания разрабатывает оборудование, технологические источники и технологии для выращивания монокристаллов. Вы можете ознакомиться с произведенными ранее установками, где используется указанный метод или прислать техническое задание для разработки нового оборудования.
