DE3031747A1

DE3031747A1 - Vorrichtung zur gruppenzuechtung von monokristallen

Info

Publication number: DE3031747A1
Application number: DE19803031747
Authority: DE
Inventors: Nikolaj Vasiljevi&ccaron; &Scaron;arygin; Aleksandr Alekseevi&ccaron; Leningrad &Scaron;ekalov, (verstorben); Aleksandr Ivanovi&ccaron; Gridnev; Vladimir Ivanovi&ccaron; Kirjanov; Nikolaj Sergeevi&ccaron; Kopejkin; Aleksej Eliseevi&ccaron; Skljarov; Viktor Michajlovi&ccaron; Leningrad Stepanov; Vladimir Grigor'evi&ccaron; Vladimir Vlasov
Original assignee: SARYGIN NIKOLAJ VASILEVIC; SEKALOVA ADELAIDA GRIGOREVNA
Current assignee: SARYGIN NIKOLAJ VASILEVIC; SEKALOVA ADELAIDA GRIGOREVNA
Priority date: 1980-08-22
Filing date: 1980-08-22
Publication date: 1982-03-11
Also published as: DE3031747C2

Description

BESCHREIBUNG
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Gruppenzüchtung von Monokristallen durch eine gerichtete Kristallisation der Schmelze.
Die Vorrichtung kann zur Herstellung von monokristallinen Magneten verwendet werden, die in der Gerätebauindustrie in elektrischen Kleinmotoren, in der Elektronik usw. weitgehend ihre Anwendung finden.
Es ist eine Vorrichtung zur Gruppenzüchtung von Monokristallen durch gerichtete Kristallisation einer Schmelze bekannt, die einen zylindrischen Block aus einem elektrisch leitenden Material (Graphit) enthält, der mit gleichmäßig über den Umfang verteilten Bohrungen versehen ist, in denen zylindrische Behälter angeordnet sind, die zur Aufnahme des Impfkristalls und der zu kristallisierenden Legierung dienen.
Die im Unterteil des zylindrischen Blockes angeordneten Bohrungen sind hierbei miteinander durch einen Hohlraum leitungsverbunden, in dem sich ein Impfkristall befindet und in dem die Bildung und die Auswahl der Kristallkeime gleichzeitig für alle zu züchtenden Monokristalle stattfinden, d.h. alle Monokristalle wachsen aus einem Kristallkeim. Um die Orientierung der Kristalle gleich beizubehalten, muß man die Parallelität der Bohrungen in dem Bereich derselben einhalten, wo die Behälter angeordnet sind. Die Vorrichtung weist einen Kühler auf, welcher gleichachsig mit dem zylindrischen Block angeordnet ist und am Boden des Hohlraumes mit dem in diesem untergebrachten Impfkristall anliegt. Am zylindrischen Block ist koaxial um diesen herum ein Erhitzer aufgestellt (S.J. "Just Metals", 1973, IOI, May, 149 -150).
Bei der bekannten Vorrichtung ist es schwer, hohe Werte des Temperaturgradienten an der Kristallisationsfront zu gewährleisten, weil die Fläche der Wärmeabführung (ein Impfkristall) beschränkt ist. Außerdem ist mit der Vergrößerung der Entfernung der Kristallisationsfront vom Impfkristall (mit einer Vergrößerung des Abstandes des Erhitzers vom Kühler) eine Verminderung des Wertes des Temperaturgradienten zu verzeichnen, die zur Verschlechterung der Qualität der zu züchtenden Monokristalle führt.
Der bekannten Vorrichtung ist auch eine Nichtperpendikularität der Kristallisationsfront zur Behälterachse eigen, die durch die radiale Ausrichtung der Wärmeabführung von den unteren Bereichen der Behälter zu dem zentral angeordneten Impfkristall hervorgerufen ist. Das führt zu einer Verschlechterung der Qualität der Monokristalle durch das Durchwachsen von zufälligen, an peripheren Wänden des Behälters entstehenden Keimen im Monokristall.
Die bekannte Vorrichtung ist auch durch eine verwickelte bauliche Gestaltung gekennzeichnet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bauliche Gestaltung der Vorrichtung zur Gruppenzüchtung von Monokristallen durch gerichtete Kristallisation aus einer Schmelze derart zu vervollkommnen, so daß durch sie hohe (für die Ausbildung der Monokristalle hoher Qualität nach dem Verfahren der gerichteten Kristallisation aus einer Schmelze ausreichende) Werte des Temperaturgradienten über die ganze Höhe der Behälter sichergestellt werden, daß die Perpendikularität der Kristallisationsfront zu der Behälterachse gewährleistet wird und daß sie dabei eine weniger komplizierte Bauart, als die bekannten Anordnungen ähnlicher Zweckbestimmung, aufweist.
Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Kühler in Form eines zylindrischen Behälters ausgeführt ist, dessen dem zylindrischen Block zugewandter Boden die Form einer konkaven Kegelfläche aufweist und der über den Umfang mit durchgehenden Bohrungen versehen ist, die gegenüber den Bohrungen des zylindrischen Blockes angeordnet sind und diesen nach dem Durchmesser entsprechen.
Diese Vorrichtung zur Gruppenzüchtung von Monokristallen gewährleistet hohe Werte des Temperaturgradienten sowohl an der Kristallisationsfront als auch über die gesamte Höhe der Behälter sowie die Perpendikularität der Kristallisationsfront zur Behälterachse und ist durch eine einfache bauliche Gestaltung gekennzeichnet. Diese Vorteile gestatten es, bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung den Prozentsatz der Ausbeute an brauchbaren Monokristallen bei einer Großserienproduktion derselben zu erhöhen, den technologischen Prozeß zu vereinfachen und die Selbstkosten der Monokristalle zu senken.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Gruppenzüchtung von Monokristallen in teilweisem Längsschnitt; Fig. 2 eine Draufsicht auf die Vorrichtung zur Gruppenzüchtung von Monokristallen gemäß Fig. 1.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Gruppenzüchtung von Monokristallen enthält einen achsial verschiebbaren zylindrischen Block 1 (Fig. 1, 2), der aus einem elektrisch leitenden Material, z.B. Graphit, ausgeführt ist. Am Umfang des Blockes 1 sind sechs (bei der vorliegenden Ausführungsform der Vorrichtung) durchgehende Bohrungen 2 gleichmäßig verteilt angeordnet; in jeder Bohrung befindet sich je ein zylindrischer feuerfester Behälter 3 mit einem monokristalinen Impfkristall 4 und einem Gußblock 5 der zu kristallisierenden Legierung. Im Unterteil jedes Behälters 3 ist ein mit seiner Stirnseite an der Stirn des Impfkristalls 4 dicht anliegender zylindrischer wassergekühlter Kühler 6 angeordnet. Koaxial zu dem zylindrischen Block 1 ist um diesen herum ein Erhitzer 7 angeordnet. Außerdem enthält die Vorrichtung einen Kühler 8, der gleichachsig mit dem zylindrischen Block 1 axial verschiebbar angeordnet ist. Der Kühler 8 ist in Form eines zylindrischen Behälters ausgebildet, dessen dem zylindrischen Block 1 zugewandter Boden die Form einer konkaven Kegelfläche 9 besitzt. Am Umfang des Kühlers 8 sind sechs durchgehende Bohrungen 10 vorgesehen, die jeweils gegenüber einer der Bohrungen 2 des zylindrischen Blockes 1 angeordnet sind und diesen nach dem Durchmesser derart entsprechen, daß die Behälter 3, die in den Bohrungen 2 angeordnet sind, durch die Bohrungen 10 frei durchgehen können.
Die Vorrichtung zur Gruppenzüchtung von Monokristallen hat folgende Arbeitsweise: Man schaltet den Erhitzer 7 ein, heizt den zylindrischen Block 1 an und schmelzt die monokristallinen Impfkristalle 4 an den Gußblöcken 5 des zu kristallisierenden Materials an. Nach dem Anschmelzen werden der Block 1, der Erhitzer 7 und der Kühler 8 gegenüber den Behältern 3 entlang den Mantellinien der Gußblöcke 5 mit der vorgegebenen Geschwindigkeit synchron verschoben, wobei die Züchtung der Monokristalle durch die gerichtete Kristallisation der Schmelze verwirklicht wird. Das Vorhandensein einer konkaven Kegelfläche 9 gestattet es, radiale Temperaturgradienten in den Behältern 3 auszugleichen. Das läßt sich dadurch erklären, daß der Erhitzer 7 eine stärkere Erwärmung derwenigen Seitenteile der Gußblöcke 5 gewährleistet, die dem peripheren Teil des Blockes 1 zugewandt sind, als derjenigen Teile der GuBblöcke, die dem Zentrum des Blockes 1 zugewandt sind.
Der Kühler 8, der eine konkave Kegelfläche 9 aufweist, gewährleistet gleichzeitig eine stärkere Wärmeabführung von den dem Umfang zugewandten überhitzten Teilen der Gußblöcke 5. Indem man die Tiefe der Auskehlung wählt, die durch die Fläche 9 gebildet wird, stellt man ein solches Verhältnis zwischen Intensität der Seitenerhitzung und der Abkühlung ein, bei dem die Kristallisationsfront zu der Achse des Behälters 3 senkrecht ist. Die Tatsache, daß sich der Kühler 8 synchron mit dem Block 1 und dem Erhitzer 7 bewegt, d.h. sich ständig in einem und demselben Abstand von der Kristallisationsfront befindet, gestattet es, höhere Werte des Temperaturgradienten sowohl an der Kristallisationsfront als auch über die gesamte Höhe der Behälter 3 entsprechend der Verschiebung der Kristalisationsfront zu gewährleisten. Der Prozeß der Züchtung von Monokristallen wird in einem Inertgas-Medium durchgeführt.
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Claims

Vorrichtung zur GruPpenzüchtung von Monokristallen PATENTANSPRUCH Vorrichtung zur Gruppenzüchtung von Monokristallen durch eine gerichtete Kristallisation der Schmelze, enthaltend: a) einen zylindrischen Block aus einem elektrisch leitenden Material, b) durchgehende Bohrungen, die am Umfang des zylindrischen Blockes verteilt sind, c) Behälter in Bohrungen, die zur Aufnahme des Impfkristalls und der zu kristallisierenden Legierung bestimmt sind, d) einen Erhitzer, der koaxial zu dem zylindrischen Block angeordnet ist, e) einen Kühler, der gleichachsig mit dem zylindrischen Block angeordnet ist, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß f) der Kühler (8) in Form eines zylindrischen Behälters ausgeführt ist, dessen dem zylindrischen Block (1) zugewandter Boden die Form einer konkaven Kegelfläche (9) aufweist und über den Umfang mit durchgehenden Bohrungen (10) versehen ist, die gegenüber den Bohrungen (2) des Blockes (n) angeordnet sind und diesen nach dem Durchmesser entsprechen.