Способ ультразвуковой очистки материалов при производстве искусственных кристаллов

Авторы патента:

Вельц Илья Яковлевич (RU)

Вельц Яков Яковлевич (RU)

Вельц Наталья Ивановна (RU)

Вельц Алла Яковлевна (RU)

B08B3/12 - с использованием звуковых или ультразвуковых колебаний (машины для мытья или споласкивания посуды и столовых принадлежностей, использующие звуковые или ультразвуковые волны A47L 15/13; чистка зубов или зубных протезов с использованием ультразвука A61C 17/20; применение ультразвуковых колебаний в химических, физических или физико-химических процессах общего назначения B01J 19/10)

Владельцы патента RU 2530469:

Вельц Яков Яковлевич (RU)

Изобретение относится к способам ультразвуковой очистки кристаллов и может быть использовано для очистки кристаллов сапфира от технологических загрязнений. Сущность: осколки кристаллов поочередно промывают в трех установках ультразвукового технологического комплекса. Причем в первой установке осколки кристаллов промывают в водном растворе моющего средства с наложением движущегося ультразвукового поля, после чего барботируют моющий раствор воздухом. Во второй установке промывку осуществляют в чистой воде с наложением движущегося ультразвукового поля. В третьей установке осколки кристаллов промывают в деионизированной воде с наложением движущегося ультразвукового поля. Технический результат: повышение эффективности и экологичности очистки искусственных кристаллов, снижение трудоемкости процесса очистки. 2 ил.

Изобретение относится к ультразвуковой очистке кристаллов, в частности к очистке осколков кристаллов сапфира от технологических загрязнений.

Благодаря свойствам своей кристаллической решетки, стоимости и доступности в объемах, необходимых для массового производства, синтетический сапфир является наиболее предпочтительным материалом для изготовления подложек при производстве светодиодов высокой яркости, СВЧ-интегральных схем, оптических устройств.

Сапфировые подложки - тонкие пластины сапфира, которые применяются для эпитаксиального наращивания на них гетероструктур из различных материалов (нитрид галлия, кремний и др.). Заготовкой для производства сапфировых подложек являются выращенные монокристаллы сапфира.

Сапфировые подложки проходят сложный технологический цикл, связанный с разрезанием монокристалла на цилиндры заданного диаметра, а затем на отдельные подложки. В процессе резки до 30% объема дорогостоящего монокристалла уходит в осколки. Кроме того, часть подложек в процессе резки склеиваются между собой. Механическое их разъединение приводит к сколам и разрушению подложек. Образующиеся осколки сапфира и подложки с нарушенными геометрическими размерами можно использовать в качестве сырья для выращивания новых монокристаллов. Для этого их необходимо очистить от абразивов и технологических загрязнений. Основным оценочным критерием качества очистки служит высочайший уровень чистоты сырья (99,996%).

Слой технологических загрязнений на поверхности осколков неоднороден по своему составу. В него входят микропорошок (электрокорунд Al₂O₃), дибутилфталат, шеллак, канифоль, камфорное масло. Структура и толщина слоя загрязнений обусловливаются физико-химическими, механическими свойствами и микрорельефом поверхностей осколков.

При очистке осколков монокристалла применяют химические способы:

травление в кипящей азотной кислоте, травление в плавиковой кислоте, травление в смеси серной кислоты с перекисью водорода. Стравливание поверхности материала приводит к возникновению поверхностного рельефа и появлению скрытых дефектов, а используемые высокотоксичные растворы сами могут быть источником загрязнения поверхности ионами металлов. Химические способы очень энергоемки и создают экологические проблемы (Ефимов И.Е. Микроэлектроника. Физические и технологические основы. - М.: Высшая школа, 1986).

Цель изобретения - создание такого способа очистки поверхности осколков кристаллов, который позволяет эффективно очищать их от технологических загрязнений, обеспечивает нетоксичность технологических операций, ресурсосбережение (исключение дорогостоящих минеральных кислот и растворов и снижение энергопотребления) и охрану окружающей среды.

Применение ультразвука позволяет осуществить качественную очистку осколков кристаллов от сложных технологических отложений. Ультразвук способен проникать в микроскопические каналы и скрытые полости через жидкую рабочую среду и очищать их от загрязнений. При этом можно использовать экологически безопасные рабочие жидкости, которые хорошо растворяют соответствующие загрязнения, а также обладают физико-химическими параметрами, обуславливающими достижение наибольшей интенсивности ударных ультразвуковых волн.

Технический результат, получаемый от изобретения, - очистка осколков от технологических загрязнений, состоящих из электрокорунда, дибутилфталата, шеллака, канифоли, камфорного масла, следов маркеров и т.д. с уровнем чистоты не менее 99,996%.

Для достижения технического результата предлагаемый способ включает промывку осколков в трех ваннах ультразвукового технологического комплекса.

Для достижения технического результата осколки кристаллов помещают в рабочую емкость ультразвуковой установки 1, которую заполняют водой до необходимого уровня, добавляют моющее средство в соотношении 50-100 грамм моющего средства на 1 литр воды, нагревают полученный раствор до температуры 50-60°C и подвергают воздействию ультразвука интенсивностью 20-25 Вт на литр моющего раствора в течение 10-30 минут, в зависимости от состава, структуры и толщины слоя отложений. В процессе ультразвуковой обработки моющий раствор нагревается за счет тепловой энергии, выделяемой в процессе кавитации моющего раствора, тем самым компенсируя потерю моющих свойств раствора. В процессе ультразвуковой обработки в моющем растворе происходит кавитационное разрушение и растворение технологических загрязнений. Барботирование моющего раствора воздухом (P=0,02-0,05 МПа) без ультразвука в течение 5 минут после окончания процесса ультразвукового воздействия обеспечивает удаление частиц загрязнителя с поверхностного слоя осколков.

После промывки в моющем растворе сапфировые осколки помещают в рабочую емкость ультразвуковой установки 2, заполненную до необходимого уровня чистой водой с температурой 60-70°C и подвергают воздействию ультразвука интенсивностью 15-20 Вт на 1 литр воды в чистой воде в течение 10-15 минут. В процессе ультразвуковой обработки происходит вымывание моющего раствора из микроскопических каналов и скрытых полостей и замещение его чистой водой.

После ультразвуковой обработки в моющем растворе и ультразвуковой промывки водой осколки помещают в рабочую емкость ультразвуковой установки 3, заполненную деионизированной водой температурой 60-70°C до необходимого уровня, и подвергают воздействию ультразвука интенсивностью 10-15 Вт на 1 литр воды в течение 5-10 минут. В процессе улыразвуковой обработки происходит окончательное удаление следов моющего раствора с микрорельефа поверхностей обрабатываемых осколков.

Для увеличения скорости удаления загрязнителя с поверхности обрабатываемых осколков в ультразвуковых установках 1, 2 и 3 создают регулярное течение рабочей среды в рабочей емкости за счет создания движущегося ультразвукового поля.

Заявленные пределы температуры нагрева до 50-60°C для моющего раствора, заявленное соотношение моющего средства и воды 50-100 грамм на литр, а также интенсивность ультразвукового воздействия и время обработки осколков ультразвуком основаны на экспериментальных данных.

Пример

Очистка осколков кристаллов от технологических загрязнений. Оборудование - ультразвуковая установка с устройством, обеспечивающим регулярное движение моющего раствора относительно неподвижных обрабатываемых изделий и регулируемой мощностью. Объем рабочей емкости - 10 литров. Экологически чистое техническое моющее средство (ТМС). Ультразвуковая очистка производилась без предварительной очистки в следующей последовательности:

1.1. Ультразвуковая очистка в моющем растворе

Моющее средство - 10% раствор ТМС. Начальная температура раствора - 20°C. Нагрев электронагревателем до 50°C. Мощность ультразвука 25 Вт/л. Продолжительность очистки 20 минут. Конечная температура раствора 55°C.

1.2. Барботированне моющего раствора в рабочей емкости воздухом давлением 0,02-0,05 МПа без ультразвука в течение 5 минут.

1.3. Ультразвуковая очистка осколков в чистой воде

Моющее средство - водопроводная вода. Начальная температура - 60°C. Мощность ультразвука 20 Вт/л. Продолжительность очистки - 10 минут.

1.4. Ультразвуковая очистка осколков в деионизированной воде

Моющее средство - деионизированная вода. Начальная температура - 60°C. Мощность ультразвука 10 Вт/л. Продолжительность очистки - 10 минут.

Контроль качества очистки проводился способом выращивания нового промышленного монокристалла с добавлением очищенных осколков в исходное сырье. Результат - выращен монокристалл с заданным уровнем чистоты.

Предлагаемый способ обеспечивает повышение качества очистки сапфировых осколков, экологическую безопасность, снижение себестоимости и тpудoемкocти процесса очистки.

Способ ультразвуковой очистки материалов при производстве искусственных кристаллов, заключающийся в промывке осколков кристаллов в трех установках ультразвукового технологического комплекса:
в первой установке - в водном растворе моющего средства концентрацией 50-100 г/л, температурой 50-60°C с наложением движущегося ультразвукового поля интенсивностью 20-25 Вт/л в течение 10-30 минут и последующим барботированием моющего раствора воздухом (P=0,02-0,05 МПа) без ультразвука в течение 5 минут;
во второй установке - в чистой воде при температуре 60-70°C с наложением движущегося ультразвукового поля интенсивностью 15-20 Вт/литр в течение 10-15 минут;
в третьей установке - в деионизированной воде при температуре 60-70°C с наложением движущегося ультразвукового поля интенсивностью 10-15 Вт/л в течение 5-10 минут.

Изобретение относится к устройствам для очистки дисперсных материалов от загрязнений в потоках жидкой среды, в том числе от радиоактивных загрязнений. Установка для ультразвуковой обработки дисперсного материала в жидкой среде содержит цилиндрический корпус, на внешней стороне которого расположены ультразвуковые излучатели, а в полости цилиндрического корпуса имеются насадки с перфорациями, каждая насадка выполнена в виде шнека, укрепленного на центральном стержне или к стенке корпуса.

Устройство ультразвуковой очистки рабочих кассет и тепловыделяющих сборок атомных реакторов // 2487765

Изобретение относится к устройствам для ультразвуковой обработки изделий в жидкой среде и может быть использовано в атомной энергетике для очистки тепловыделяющих сборок атомных реакторов, а также в машиностроении, электронной, химической, фармацевтической и других отраслях промышленности, связанных с очисткой изделий, травлением, экстракцией и другими видами ультразвукового технологического воздействия.

Способ изготовления ультразвуковых технологических установок // 2486971

Изобретение относится к ультразвуковой технике и может быть использовано при производстве оборудования для ультразвуковой очистки изделий в жидкой среде. .

Устройство для устранения скоплений жидкости или газа из проблемных участков газонефтепроводов // 2484358

Изобретение относится к области устранения скоплений жидкости или газа из проблемных участков газонефтепроводов. .

Способ ультразвуковой кавитационной обработки жидких сред и расположенных в среде объектов // 2455086

Изобретение относится к области кавитационной обработки жидких сред, удельное содержание воды или иной жидкой фазы которых превышает 65-70% от общей массы, а также к обработке предметов, находящихся в этой среде.

Установка ультразвуковой обработки дисперсного материала в жидкой среде // 2448775

Изобретение относится к установкам для очистки дисперсных материалов от загрязнений в потоке жидкой среды. .

Ультразвуковая очистка деталей двигателя // 2441716

Способ ультразвуковой очистки деталей // 2429920

Изобретение относится к ультразвуковой очистке деталей в водных растворах моющих средств, конкретно к очистке деталей и узлов оборудования для добычи, транспортировки и переработки нефти и газа от асфальто-смолисто-царафино-солевых отложений.

Способ очистки стального листа и система непрерывной очистки стального листа // 2429313

Изобретение относится к области эффективного удаления окалины, образующейся в процессе производства стального листа. .

Способ очистки проволоки и устройство для его осуществления // 2429086

Изобретение относится к способам очистки проволоки от технологических загрязнений смазочных материалов в водных растворах моющих средств и касается способа очистки проволоки и устройства для его осуществления.

Способ очистки изделий // 2541075

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к способам удаления загрязнений с поверхностей и из полостей разнообразных изделий. Предложен способ очистки изделий легколетучими растворителями, проводимый в замкнутом объеме при рабочем давлении, включающий очистку и ультразвуковую обработку, причем ультразвуковую моечную ванну 1 с изделием 2 помещают в герметичную камеру 4, из которой удаляют атмосферный воздух. Ванну 1 заполняют растворителем, проводят очистку, после чего растворитель сливают, пары рекуперируют, напускают в камеру атмосферный воздух и извлекают изделие из ванны 1. Способ можно вести в условиях, при которых температуру растворителя поддерживают ниже температуры корпуса герметичной камеры, а рабочее давление создают подачей сухого очищенного газа в герметичную камеру 4. Интенсивность способа можно увеличить созданием движения жидкости прокачкой растворителя через ванну, а также покачиванием ванны в процессе удаления загрязнений. Способ позволяет снизить пожарную опасность в случае применения легковоспламеняющихся растворителей, повысить эффективности способа ультразвуковой очистки.4 з.п. ф-лы, 1 ил.

Аппарат для чистки промышленных компонентов // 2548084

Аппарат для чистки промышленных компонентов содержит контейнер для жидкости, которым ограничено огражденное пространство для содержания в нем чистящей жидкости, и ультразвуковые преобразователи, обладающие рабочей частотой и длиной волны в чистящей жидкости, прикрепленные, по меньшей мере, к части контейнера для жидкости на расстоянии друг от друга в диапазоне от 2 длин волн до 10 длин волн. Во время работы преобразователи генерируют большую плотность мощности в области размещения компонента в контейнере для жидкости, чем средняя плотность мощности контейнера для жидкости. Преобразователи работают таким образом, что частотой и фазой смежных преобразователей не управляют одновременно, чем предотвращают образование статических и вредоносных стоячих волн в чистящей жидкости. 2 н. и 39 з.п. ф-лы, 10 ил.

Способ ультразвуковой очистки защитного снаряжения // 2557752

Изобретение относится к способу ультразвуковой очистки средств индивидуальной защиты, спортивного снаряжения и инвентаря, в частности защитной хоккейной экипировки. Способ включает последовательную очистку элементов защитной экипировки в двух ультразвуковых установках. В первой установке очистку осуществляют в водном растворе экологически чистого моющего средства концентрацией 50-100 г/л, температурой 30-40°C с наложением движущегося ультразвукового поля интенсивностью 20-25 Вт/л в течение 30-60 минут с циклическим барботированием моющего раствора воздухом P=0,02-0,05 МПа. Во второй установке очистку проводят в чистой воде при температуре 30-40°C с наложением движущегося ультразвукового поля интенсивностью 20-25 Вт/л в течение 10-30 минут с циклическим барботированием воздухом P=0,02-0,05 МПа с последующей промывкой проточной водой с одновременным барботированием. Обеспечиваются очистка защитной экипировки без механического воздействия от грязи, пота, крови, спортивных напитков и уничтожение плесени, грибков, болезнетворных микроорганизмов и бактерий. 1 ил., 1 пр.

Кавитатор родионова в.п. // 2568467

Изобретение относится к устройствам гидрокавитационного воздействия и может быть использовано для создания кавитации в струйных потоках, например, в судоремонтной, нефтегазовой промышленности и т.д. Кавитатор содержит корпус с внутренней сквозной полостью, включающей входное отверстие с цилиндрическим участком и конфузором с углом схождения α. Также кавитатор включает расширительную камеру, боковые отверстия и выходное отверстие, выполненное в виде диффузора с углом расхождения β. Внутренняя сквозная полость кавитатора содержит переходные участки, выполненные с ребристой внутренней боковой поверхностью, а цилиндрический участок входного отверстия расположен на входе кавитатора с переходом в упомянутый конфузор, выход которого связан через один из переходных участков со входом расширительной камеры, выполненной со ступенчатой формой внутренней боковой поверхности. Срединный участок расширительной камеры выполнен с максимальным диаметром по отношению к остальным ступенчатым участкам и связан с η боковыми отверстиями. При этом выход расширительной камеры связан через другой переходной участок со входом диффузора, выполненного со ступенчатой формой внутренней боковой поверхности. Кавитатор обеспечивает повышение эффективности воздействия на устойчивые и трудноудаляемые отложения. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

Устройство для обработки янтаря // 2594862

Изобретение относится к обработке янтарного сырья. Устройство для удаления окисной корки с янтаря и его обработки содержит электрический генератор ультразвуковой частоты, акустический преобразователь, соединенный с электрическим генератором, волновод с инструментом, соединенный с преобразователем, нагревательный элемент и источник питания для нагревательного элемента. Нагревательный элемент установлен на волноводе с рабочим инструментом. Обеспечивается ускорение очистки сырья от корки без потерь основного сырья. 2 ил.

Способ ультразвуковой очистки и сушки внутренних поверхностей топливных баков // 2599302

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в ракетной, авиационной и других областях техники, в которых применяются системы, включающие баки, в частности топливные баки, основным элементом конструкции которых является обечайка вафельной структуры. Способ включает размещение ультразвуковых излучателей на внешней поверхности топливного бака в перекрестьях ячеек вафельного полотна обечайки топливного бака горизонтальными рядами равномерно по высоте топливного бака. Внутреннюю поверхность топливного бака смачивают путем заполнения его водой и включают все излучатели. Через 30 минут начинают последовательное снижение уровня воды в топливном баке и последовательно отключают ультразвуковые излучатели. При достижении уровнем воды линии нижерасположенного ряда ультразвуковые излучатели вышерасположенного ряда отключают. Последний ряд излучателей отключают через 90-120 минут после полного освобождения бака от воды. Использование изобретения позволяет обеспечить необходимый уровень промышленной чистоты топливных баков. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Технологическая линия очистки топливораздающих элементов тепловых двигателей // 2600648

Изобретение относится к ультразвуковой очистке полых изделий и может быть использовано для восстановления эксплуатационных характеристик горелочных устройств двигателей. Технологическая линия очистки каналов топливораздающих элементов теплового двигателя внешнего или внутреннего сгорания содержит узел диагностики степени засорения каналов до и после очистки и узел ультразвуковой очистки УУО засоренных каналов в жидкой отмывочной среде. На первом этапе производят визуальный осмотр элементов и с помощью калиброванных стержней КСТ проверяют выходные отверстия всех топливных каналов и составляют карту засорения каналов. Затем подключают устройство продувки УП и продувают каналы газообразным или жидким агентом под давлением. Затем элементы направляют в УУО, оборудованный средствами отбора и анализа СОА состава подлежащих очистке отложений. СОА УУО представляют собой печь для термической обработки отложений, ударный инструмент, шлифовальный инструмент для обработки отобранной пробы и сканирующий электронный микроскоп для анализа шлифа пробы. На основании анализа выбирают наиболее эффективный моющий реагент. Затем горелку погружают в раствор куда помещают ультразвуковой генератор УЗГ. После очистки горелку снова направляют в УД 1 для повторной диагностики. При положительном результате очистка завершается, в противном случае - в УУО для повторной очистки. Технический результат: технологически более простая и более качественная диагностика состояния контролируемых каналов, их более качественная очистка за счет улучшения в процессе ультразвуковой очистки моющих свойств отмывочной среды. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Устройство пьезоэлектрическое для ультразвуковой очистки авиационных и фильтроэлементов и фильтродисков и способ очистки с его использованием // 2621801

Изобретение относится к ультразвуковой очистке авиационных фильтроэлементов и фильтропакетов топливных, масляных, гидравлических и пневматических систем летательных аппаратов, а также вискозиметров, стеклянной тары и мелких авиационных деталей и может быть использовано в различных областях промышленности. Устройство содержит технологические позиции очистки в растворе технического моющего средства, промывки водопроводной водой от раствора технического моющего средства, ополаскивания в растворе ополаскивания, сушки нагретым воздухом и блок ополаскивания, установленные в едином каркасе, и ванну, снабженную системой перелива и блоками вращения фильтроэлементов. Блок подготовки моющего раствора содержит баки с нагревателями и датчиками контроля уровня и температуры моющего раствора, снабженные системами подачи соответствующего моющего раствора из соответствующей магистрали, обратный клапан и узел регенерации моющего раствора, вход которого через фильтр соединен с баком упомянутого блока подготовки моющего раствора, а выход соединен через обратный клапан с ванной, позиции очистки и промывки содержат ультразвуковые преобразователи, установленные на излучающей мембране, являющейся дном ванны. Позиция сушки содержит вентилятор, соединенный с камерой сушки с датчиком температуры нагретого воздуха через нагреватель. На позициях очистки и промывки выход узла регенерации моющего раствора соединен через воздушный клапан с сетью сжатого воздуха для его импульсной подачи во внутреннюю полость фильтроэлементов. На позициях очистки, промывки и ополаскивания введена по крайней мере одна кассета для размещения фильтроэлементов, содержащая стойки с установленным на них трубопроводом, состыкованная с обратными клапанами и блоком вращения и выполненная с возможностью вращения в ней фильтроэлементов с обеспечением герметичного ввода моющего раствора, сжатого воздуха из обратного клапана во внутреннюю полость фильтроэлементов и прокачки из нее через фильтрующую сетку фильтроэлементов в ванну с моющим раствором. Устройство содержит одну ванну на позиции очистки, промывки и ополаскивания, соединенную с блоком подготовки моющего раствора, содержащим баки моющих растворов и раствора ополаскивания. Перед технологической позицией очистки введена технологическая позиция струйной очистки, осуществляющая очистку внутренней поверхности оборудования при незагруженной ванне и очистку фильтроэлементов и фильтр дисков повышенной загрязненности при их загрузке в ванну, содержащая систему струйной очистки. Система струйной очистки имеет струйные контуры, выполненные с возможностью доступа струй со 100% охватом внутренней поверхности оборудования. Устройство снабжено пультом управления со смонтированным в нем программным обеспечением, включающим обозначенные на пульте управления программы: «Очистка фильтра», «Очистка грязного фильтра» и «Очистка оборудования», и выполненным с возможностью автоматизированного процесса управления упомянутыми технологическими позициями через элементы управления. Элементы управления включают краны и клапан и выполнены с возможностью включения заданных потоков рабочих тел с требуемыми параметрами, заданной продолжительности, последовательности и автоматизации процесса очистки и с возможностью корректировки программ очистки и учета состояния фильтроэлементов и фильтродисков, их загрязненности и типа загрязнения путем настройки режима работы элементов управления. Технический результат: упрощение конструкции устройства, улучшение качества и сокращение времени очистки. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Способ ультразвуковой обработки и установка для его осуществления // 2625465

Изобретение относится к области очистки деталей машиностроения от технологических и эксплуатационных загрязнений с применением ультразвуковых колебаний в водной среде и может быть использовано для очистки закрытых полостей, каналов и отверстий малого диаметра в горелочных устройствах газоперекачивающих агрегатов. Способ заключается в погружении торцовой поверхности стержневого концентратора в жидкость и возбуждении в нем продольных колебаний. В качестве стержневого концентратора используют концентратор с переменным внутренним профилем. Очищаемое горелочное устройство закрепляют на торце стержневого концентратора вертикально. Пассивная накладка, пьезокерамический преобразователь, стержневой концентратор и закрепленное на нем очищаемое горелочное устройство газоперекачивающего агрегата образуют единую колебательную систему, общая длина которой составляет nλ, где λ - длина волны ультразвуковых колебаний, n=3, 4, 5. Очищающую жидкость прокачивают через каналы и отверстия очищаемого горелочного устройства газоперекачивающего агрегата по замкнутому контуру. Технический результат: улучшение очистки от загрязнений внутренних и внешних поверхностей, а также каналов и отверстий газоотводящих трубок горелочных устройств газоперекачивающих агрегатов. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Способ очистки янтаря // 2626468

Изобретение относится к области обработки ископаемых смол и может быть использовано, в частности для очистки и удаления окисленной корки с поверхности янтарного сырья. Технический результат - улучшение качества очистки янтарного сырья, снижение до минимума потерь ценного сырья при очистке, возможность очищать янтарь мелких фракций (3-5 мм и меньше) и янтарь неправильной формы с большим количеством впадин и выпуклостей, сохраняя первоначальную форму янтаря, ускорение процесса очистки с одновременным упрощением технологического процесса очистки янтаря, сокращение энергозатрат, использование только безвредных нетоксичных растворов для удаления окисленной корки. 5 пр.