Устройство для зонной плавки

Авторы патента:

АЛЕКСАНДРОВ ЮРИЙ ИВАНОВИЧ

ВАРГАНОВ ВЛАДИМИР ПЕТРОВИЧ

КАЛЬМАНОВИЧ ОЛЕГ САМУИЛОВИЧ

СЕМЕНОВ ГЕРМАН НИКОЛАЕВИЧ

СТЕПАНОВ ЕВГЕНИЙ ИВАНОВИЧ

ЮШКЕВИЧ ВИОЛЕТТА ФЛОРИАНОВНА

C30B13/30 - стабилизация или управление формой расплавленной зоны, например с помощью концентраторов, с помощью электромагнитных полей; регулирование сечения кристалла

Изобретение относится к технике очистки веществ и обеспечивает повышение эффективности очистки за счет стабилизации ширины зоны. Устройство включает коаксиально установленные прозрачный контейнер с приводами вращения и осевого перемещения, нагреватели с системами регулирования мощности, холодильники, расположенные между нагревателями. Между нагревателями и холодильниками установлены источники света и фотоприемники, которые электрически связаны с системами регулирования. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5!)5 С 30 В 13/30

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4438290/23-26 (22) 03.05.88 (46) 23.08.90. Бюл. М 31 (72) l0.И. Александров, В.П, Варганов, О.С. Кальманович, Г.Н. Семенов, Е.И. Степанов и В,Ф. Юшкевич (53) 621.315.592 (088.8) (56) Александров Ю.И. и др. Аппаратура для глубокой очистки органических веществ методом зонной плавки. вЂ” Высокочистые вещества, 1987, М 5, с, 133-140, рис. 1,2,3. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗОННОЙ ПЛАВКИ

Изобретение относится к технике получения высокочистых веществ и может быть использовано в химической технологии для-глубокой очистки веществ методом зонной плавки.

Целью изобретения является повышение эффективности очистки за счет стабилизации ширины зоны.

На фиг.1 показано устройство, общий вид; на фиг.2 вЂ” узел 1 на фиг.1.

Устройство содержит корпус 1, на массивной стальной плите 2 которого неподвижно укреплены стойки 3 и 4. В стойке 3 в подшипнике (не показан) помещен цанговый зажим 5, служащий для жесткого крепления одного конца прозрачного контейнера 6. В стойке 4 в зажимном устройстве 7 находится второй подвижный зажим 8 с подшипником скольжения, в котором вращается второй конец контейнера 6. Положение зажима 8 может меняться в зависимости от длины контейнера. На плите 2 неподвижно закреплены на равном расстоянии друг от друга пять разъемных

„„Я2„„1587082 А1 (57) Изобретение относится к технике очистки веществ и обеспечивает повышение эффективности очистки за счет стабилизации ширины зоны. Устройство включает коаксиально установленные прозрачный контейнер с приводами вращения и осевого перемещения, нагреватели с системами регулирования мощности, холодильники, расположенные между нагревателями.

Между нагревателями и холодильниками установлены источники света и фотоприемники, которые электрически связаны с системами регулирования.2 ил. нагревателей 9 и пять холодильников 10 между ними со стороны заднего торца на гревателя 9 по направлению движения контейнера 6. Нагреватель 9 представляет собой две последовательно соединенные нихромовые спирали, каждая иэ которых уложена в виде полукольца в канавке асбестоцементного корпуса нагревателя, Нижняя часть корпуса закреплена неподвижно, верхняя может подниматься. Холодильник

10 выполнен в виде фетрового валика11, погруженного в резервуар с водой, плотно прилегающего к контейнеру 6 и вращающегося вокруг своей оси 12 при вращении контейнера 6. Охлаждение происходит за счет испарения пленки воды, В верхней части корпуса каждого нагревателя 9 размещена термопара 13 для контроля температурного режима. Для создания четкой границы зоны нагреватели снабжены экранами 14 из полированной жести, отстоящими от корпуса нагревателя 4 мм. На штанге 15 над каждым нагревателем 9 укреплен источник 16 коллимированного

1587082 света, а с диаметрально противоположной стороны контейнера 6 под соответствующим отверстием 17 в плите 2 вЂ” фотоприемник-фотодиод 18. Положение плиты 2 .относительно горизонтали можно менять с помощью шарнирного механизма 19 и стопорного винта 20, Привод 21 осуществляет вращение контейнера 6 с помощью зубчатой передачи 22. Осевое перемещение контейнера 6 (рабочий ход) происходит за счет взаимодействия установленного на плите 2 пальца 23 и кулачкового механизма 24 в форме спирали Архимеда, насаженного на ось привода 25, с помощью которого можно менять скорость поступательного движения контейнера 6. Для быстрого возврата последнего в исходное положение служит пружина (не показана). Нагреватели 9 электрически соединены с системами регулирования мощности (не показаны), с которыми также соединены фотоприемники-фо.тодиоды 18.

Устройство работает следующим образом, Устанавливают угол наклона плиты 2 относительно горизонтальной оси с помощью стопорного винта 20. Кварцевый контейнер

6 с очищаемым веществом закрепляют в зажимах 5 и 8. Для удобства крепления контейнера 6 верхние части корпусов нагревателей 9 поднимают, В холодильники 10 подают воду. Включают привод 21 вращения контейнера. Включают нагреватели 9 и систему слежения за положением границы расплавленных зон вЂ” источники 16 коллимированного света и фотодиоды 18. При включении устройства вещество в контейнере 6 твердое, коллимированный световой поток от источника 16 света не проходит через слой твердого вещества на фотодиод 18, сигнал на систему регулирования мощности не поступает. При этом нагреватели 9 включены. Как только в щели между корпусом нагревателя 9 и экраном 14 образуется жидкая фаза, луч света, пройдя сквозь слой расплава, попадает на фотодиод 18, который подключен к системе регулирования так, что при освещении фотодиода нагреватель 9 выключается. В результате ширина расплавленной зоны уменьшается, на пути луча света образуются кристаллы, освещенность

10 полной автоматизации процесса очистки веществ методом зонной плавки.

50 фотодиода 18 уменьшается и нагреватель 9 снова включается, После установления режима и создания четких расплавленных зон определенной ширины. включают привод 25 осевого перемещения контейнера 6 и начинают процесс очистки. Контейнер 6 с очищаемым веществом с малой скоростью перемещается вдоль неподвижной системы нагревателей 9 и холодильников10 на расстояние, равное расстоянию между двумя соседними нагревателями. При этом кулачковый механизм 24 совершает полный оборот вокруг оси. Расплавленные зоны перехватываются соседними нагревателями при быстром возврате контейнера в исходное положение, а расплавленная зона перемещается дальше вдоль слитка с веществом, а затем перехватывается следующим нагревателем. При движении зон происходит перераспределение примесей в твердой и жидкой фазах в зависимости от их коэффициентов разделения.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет автоматизировать процесс поддержания заданной ширины расплавленных зон и, тем самым, повысить эффективность очистки и обеспечить возможность

Формула изобретения

Устройство для зонной плавки, содержащее коаксиально установленные горизонтальный прозрачный контейнер для очищаемого вещества, снабженный приводами вращения и осевого перемещения, нагреватели с системами регулирования мощности и холодильники, расположенные со стороны заднего торца каждого нагревателя по направлениюдви>кения контейнера, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения эффективности очистки за счет стабилизации ширины зоны, устройство снабжено источниками коллимированного света и фотоприемниками, установленными по разные стороны контейнера между каждым нагревателем и холодильником, и каждый фотоприемник электрически связан с системой регулирования.. 1587082.

1587082

Составитель Н. Давыдова

Техред М.Моргентал Корректор С. Шекмар

Редактор H. Рогулич

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

Заказ 2399 Тираж 347 Подписное

8НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Способ автол1атического регулирования процесса бестигельной зонной плавкивсесоюзнаяпа;-[||тно-т[х«гес1библиотека // 338247

Патент 327942 // 327942

Датчик для бесконтактного // 293633

Патент 279598 // 279598

Способ автоматического регулирования процесса бвстигельной зонной плавки // 276016

Устройство для регулироваииу. диаметра стержня в процессе бестигельной зонной плавки // 210844

Устройство для регулирования диаметра кристалла // 209412

Способ автоматического регулирования процесса бестигельной зонной плавки // 136888

Устройство для регулирования ширины расплавленной зоны в процессе зонной плавки полупроводниковых материалов // 134430

Способ выращивания кристаллов бестигельным методом и устройство для его реализации // 2426824

Изобретение относится к выращиванию монокристаллов из расплава зонной плавкой при температурном градиенте с использованием нагревательного элемента, находящегося в контакте с расплавленной зоной, форма которой управляется, а подпитка осуществляется с помощью механизма для перемещения загрузки

Способ выращивания монокристаллов методом бестигельной зонной плавки и устройство для его осуществления // 2519410

Изобретение относится к металлургии, а именно - к выращиванию монокристаллов методом бестигельной зонной плавки с электронно-лучевым нагревом. Способ включает затравление кристалла из расплавленной зоны, выдержку в течение заданного времени и вытягивание монокристалла на затравку из расплавленной зоны в градиенте температуры, в процессе которого осуществляют контроль величины диаметра центральной симметричной части расплавленной зоны, при этом величину диаметра фронта кристаллизации выбирают с заданной поправкой, учитывающей допустимое отклонение диаметра выращиваемого монокристалла от заданного, и поддерживают эту величину постоянной в течение всего процесса выращивания путем регулирования величины диаметра центральной симметричной части расплавленной зоны, в частности, за счет изменения скорости перемещения верхнего штока ростовой камеры. Способ осуществляют в устройстве, включающем ростовую камеру 3 с нижним и верхним штоками, видеокамеру 1, установленную в смотровом окне 2 ростовой камеры 3, выход видеокамеры через блок обработки сигнала 4 подключен к формирователю управляющего сигнала 5, выход которого соединен с входом блока автоматического управления скоростью перемещения штоков 6, подключенного к приводу 7 перемещения штоков, устройство снабжено стробоскопом 8, установленным перед смотровым окном 2 ростовой камеры 3, и синхронизатором 9, соединенным с входами синхронизации стробоскопа 8 и видеокамеры 1, а блок обработки сигнала 4 содержит процессор 10 с подключенными к нему модулями выделения кадра изображения 11, выделения контура изображения 12, вычисления диаметра центральной симметричной части расплавленной зоны 13 и вычисления диаметра фронта кристаллизации 14, при этом процессор 10 соединен с синхронизатором 9, а выход видеокамеры 1 подключен к входу модуля выделения кадра изображения 11, который через модуль выделения контура изображения 12 подключен к входам модуля вычисления диаметра фронта кристаллизации 14 и модуля вычисления диаметра центральной симметричной части расплавленной зоны 13, выходы которых соединены, соответственно, с первым 15 и вторым 16 усредняющими фильтрами, формирователь управляющего сигнала 5 выполнен в виде двухкаскадного пропорционально-интегрально-дифференциального регулятора, при этом входы первого каскада 17 регулятора, формирующего сигнал, учитывающий фактический фронт кристаллизации монокристалла, соединены, соответственно, с выходом первого усредняющего фильтра 15 и модулем задания величины поправки 18, входы второго каскада 19 регулятора, формирующего сигнал, учитывающий диаметр центральной симметричной части расплавленной зоны, соединены, соответственно, с выходом первого каскада 17 регулятора и выходом второго усредняющего фильтра 16, а выход второго каскада 19 регулятора подключен к входу блока автоматического управления скоростью перемещения штоков 6. Технический результат изобретения заключается в повышении точности измерения и регулирования диаметра монокристалла в процессе выращивания и повышении стабильности работы устройства, что позволяет выращивать кристаллы с минимально допустимым отклонением диаметра по всей длине слитка. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

Способ выращивания монокристаллических дисков из тугоплавких металлов и устройство для его осуществления // 2553905

Изобретение относится к металлургии высокочистых металлов и может быть использовано при выращивании монокристаллических дисков из тугоплавких металлов и сплавов на их основе методом бестигельной зонной плавки (БЗП) с электронно-лучевым нагревом. Способ включает формирование расплавленной зоны 12 между поликристаллической заготовкой 5 и боковой поверхностью горизонтально расположенного цилиндрического затравочного кристалла 6, выдержку расплавленной зоны в течение времени, необходимого для стабилизации тепловых условий роста монокристаллического диска, наплавление расплава на боковую поверхность затравочного кристалла в процессе перемещения затравочного кристалла в вертикальном направлении роста монокристалла и вращения затравочного кристалла в направлении наступления фронта кристаллизации, при этом в процессе роста автоматически измеряют текущий диаметр монокристаллического диска, по результатам измерений которого задают скорости перемещения и вращения заготовки 5 и затравочного кристалла 6, перемещение затравочного кристалла в процессе роста осуществляют непрерывно в течение всего процесса роста монокристаллического диска. Способ осуществляют в устройстве, включающем ростовую камеру 1 с верхним 3 и нижним 2 штоками для перемещения, соответственно, поликристаллической заготовки 5 и затравочного кристалла 6, дополнительный привод 4 для наплавления жидкого металла из расплавленной зоны на боковую поверхность затравочного кристалла 6, установленного на валу 7 дополнительного привода 4. Устройство дополнительно снабжено связанной с нижним 2 и верхним 3 штоками, а также с дополнительным приводом 4 системой автоматического управления вращением и перемещением затравочного кристалла и поликристаллической заготовки, при этом нижний шток 2 механически связан с дополнительным приводом 4, преобразующим ось вращения нижнего штока 2 из вертикального положения в горизонтальное. Технический результат - обеспечение стабильности роста монокристаллического диска большого диаметра (150 мм и более) и увеличение выхода годной продукции путем стабилизации состояния расплавленной зоны в процессе роста. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 3 ил.