Способ формирования полых монокристаллических цилиндрических трубок



Способ формирования полых монокристаллических цилиндрических трубок
Способ формирования полых монокристаллических цилиндрических трубок
Способ формирования полых монокристаллических цилиндрических трубок
Способ формирования полых монокристаллических цилиндрических трубок

 


Владельцы патента RU 2630811:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") (RU)

Изобретение относится к области электронной техники для изготовления аксиальных цилиндрических изделий различных элементов силовых электрических приборов, в частности катодов термоэмиссионных преобразователей. Способ формирования полых монокристаллических цилиндрических трубок включает выращивание из расплава цилиндрических монокристаллов вытягиванием вверх с помощью монокристаллической затравки требуемой ориентации, отделение из монокристалла двух заготовок требуемой длины, их механическую и электрохимическую обработку, в результате которых получают два полых полигранных цилиндра с заданной геометрией, определение на боковой поверхности указанных цилиндров расположения требуемых кристаллографических направлений, вырезание электроискровой резкой и удаление участков цилиндров с промежуточной кристаллографической ориентацией, после чего оставшиеся цилиндры поворачивают относительно друг друга вокруг продольной оси, стыкуют, сопрягают цилиндры электронно-лучевой сваркой, затем электроискровой резкой от заготовки отделяют технологические участки и проводят электрохимическую обработку сварного моногранного монокристаллического цилиндра. Изобретение позволяет получать трубки с однородной моногранной кристаллографической ориентацией рабочей поверхности и изотропными физико-механическими свойствами. 10 ил.

 

Изобретение относится к области электронной техники, в частности к способам формирования монокристаллических моногранных тонкостенных цилиндрических трубок диаметром 5-20 мм с постоянной толщиной стенки 1-3 мм, высоким совершенством структуры, однородной кристаллографической ориентацией боковой поверхности цилиндра для изготовления аксиальных цилиндрических изделий различных элементов силовых электрических приборов.

Известен способ выращивания полых монокристаллов по способу Чохральского, заключающийся в том, что для формирования полого сечения монокристалла создают неравномерное осесимметричное распределение температуры в центральной области расплава в тигле при помощи дополнительного нагревателя, размещенного по оси тигля (патент JP 37-6103, опубл. 1962 г.).

Недостатком такого способа является образование неравномерной формы по мере роста монокристалла в виде трубки постоянного сечения.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является способ формирования полых цилиндрических монокристаллических трубок, заключающийся в выращивании цилиндрических монокристаллов вытягиванием вверх с помощью монокристаллической затравки требуемой ориентации из ванны с расплавом (патент RU 2355831, МПК С30В 15/00, опубл. 20.05.2009 г.).

Недостатком такого способа является то, что полые цилиндрические монокристаллические трубки получают с неоднородной полигранной кристаллографической ориентацией рабочей поверхности, что не обеспечивает изотропности ее физических и механических свойств.

Технической задачей способа формирование полых монокристаллических цилиндрических трубок является получение этих трубок с однородной моногранной кристаллографической ориентацией рабочей поверхности и изотропными физико-механическими свойствами.

Технический результат способа заключается в обеспечении однородного распределения электрофизических, механических и структурных характеристик (эмиссионные свойства, теплопроводность, пластичность, твердость, прочность и др.) используемого материала изделия.

Это достигается тем, что способ формирования полых монокристаллических цилиндрических трубок, заключающийся в выращивании цилиндрических монокристаллов вытягиванием вверх с помощью монокристаллической затравки требуемой ориентации из ванны с расплавом, из монокристалла отделяют две заготовки требуемой длины, затем осуществляют их механическую и электрохимическую обработку, получают два полых полигранных цилиндра с заданной геометрией, определяют расположение на боковой поверхности указанных цилиндров требуемых кристаллографических направлений, вырезают электроискровой резкой и удаляют участки цилиндров с промежуточной кристаллографической ориентацией; после этого оставшиеся цилиндры поворачивают относительно друг друга вокруг продольной оси, стыкуют, сопрягают цилиндры электронно-лучевой сваркой, затем электроискровой резкой от заготовки отделяют технологические участки и проводят электрохимическую обработку сварного моногранного монокристаллического цилиндра.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 схематически представлен монокристаллический слиток; на фиг. 2 приведена лауэграмма (стереографическая проекция) с торца монокристаллического слитка; на фиг. 3 приведена разметка слитка со стороны его торца; на фиг. 4 показана предполагаемая конфигурация заготовки вырезанных из слитка элементов с последующей их механической обработкой по требуемой геометрии; на фиг. 5 показана схема вырезки (удаления) в соответствии с ранее проведенной разметкой (см. фиг. 3) элементов заготовки с кристаллографической ориентацией, не соответствующей требованиям решаемой задачи; на фиг. 6 представлена схема сопряжения трубок-заготовок с разворотом относительно друг друга вокруг продольной оси на 30° (в данном случае) и последующей их сборкой; на фиг. 7 представлена схема сборки подготовленных трубок-заготовок под сварку; на фиг. 8 показана схема собранных трубок-заготовок для электронно-лучевой сварки продольных стыков сопряженных трубок; на фиг. 9 представлена схема наложения сварных швов по стыкам сопряженных деталей и резка трубок-заготовок; на фиг. 10 показана сварная полая цилиндрическая трубка с требуемой однородной кристаллографической ориентацией рабочей поверхности.

Способ формирования полых монокристаллических цилиндрических трубок осуществляют следующим образом.

Для формирования полых монокристаллических цилиндрических трубок с однородной кристаллографической ориентацией боковой поверхности осуществляют выращивание цилиндрических монокристаллов вытягиванием вверх с помощью монокристаллической затравки требуемой ориентации из ванны с расплавом. Из цилиндрического монокристалла, продольная ось которого совпадает с кристаллографическим направлением <111>, диаметром D и длиной L механической и последующей электрохимической обработкой изготавливают две цилиндрические заготовки с заданной геометрией длиной l0, наружным диаметром d0, с внутренним диаметром d1 и длиной l1, толщиной стенки δ=d0-d1. В соответствии с лауэграммой (рентгенограмма, содержащая дифракционное изображение монокристалла, полученная методом Лауэ) у такого слитка на боковой поверхности имеются шесть зон, ориентация которых совпадает с кристаллографической плоскостью (110). Они располагаются симметрично относительно друг друга с интервалом в 60 градусов. У полученных заготовок по предварительной разметке электроискровой резкой удаляются участки с промежуточной кристаллографической ориентацией. Ширина удаляемых участков определяется из соотношения πd0/12, а длина их равна l1. После этого заготовки поворачивают относительно друг друга на 30° вокруг продольной оси и сопрягают. Предварительно в технологическом участке одной из заготовок выполняется отверстие диаметром dв для вакуумирования внутреннего объема собранных под сварку заготовок. У такой заготовки получается 12 стыков сопряженных участков, кристаллографическая ориентация которых однородна. В данном случае она совпадает с кристаллографической плоскостью (110). Таким образом, получается заготовка с практически однородной моногранной кристаллографией поверхности. Сварку стыков осуществляют электронным лучом в вакууме. При электронно-лучевой сварке монокристаллов обеспечиваются условия для эпитаксиальной кристаллизации металла шва, в результате чего его кристаллография соответствует кристаллографии свариваемых монокристаллов. После сварки стыков электроискровой резкой от заготовки отделяют технологические участки и проводят электрохимическую обработку сварного моногранного монокристаллического цилиндра.

Использование способа позволяет получать полые цилиндрические моногранные монокристаллические трубки (из вольфрама, молибдена, ниобия и др. металлов) с требуемой кристаллографической ориентацией их наружной поверхности, которые могут быть использованы для изготовления катодов термоэмиссионных преобразователей.

Способ формирования полых монокристаллических цилиндрических трубок, заключающийся в выращивании цилиндрических монокристаллов вытягиванием вверх с помощью монокристаллической затравки требуемой ориентации из ванны с расплавом, отличающийся тем, что из монокристалла отделяют две заготовки требуемой длины, затем осуществляют их механическую и электрохимическую обработку, получают два полых полигранных цилиндра с заданной геометрией, определяют расположение на боковой поверхности указанных цилиндров требуемых кристаллографических направлений, вырезают электроискровой резкой и удаляют участки цилиндров с промежуточной кристаллографической ориентацией, после этого оставшиеся цилиндры поворачивают относительно друг друга вокруг продольной оси, стыкуют, сопрягают цилиндры электронно-лучевой сваркой, затем электроискровой резкой от заготовки отделяют технологические участки и проводят электрохимическую обработку сварного моногранного монокристаллического цилиндра.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу круглогодичной и круглосуточной термоэлектрической генерации, а именно к способу прямого преобразования солнечной радиации в электрическую энергию сочетанием фотоэлектрических и термоэлектрических преобразователей для обеспечения экологически чистым энергопитанием автономных датчиков и приборов.

Термоэмиссионный преобразователь относится к энергетике. Термоэмиссионный преобразователь содержит узел катода, включающий катод (6) и корпус со средствами нагрева (10), и узел анода, включающий перфорированный анод (1), корпус со средствами охлаждения (5) и каналами для пропуска пара цезия (4) к перфорированному аноду, размещенные на корпусе герметичной камеры, заполненной паром цезия.

Изобретение относится к области термоэмиссионного преобразования тепловой энергии в электрическую и может быть использовано при создании многоэлементных электрогенерирующих каналов (ЭГК), встроенных в активную зону термоэмиссионного реактора-преобразователя (ТРП) космического назначения.

Изобретение может быть использовано в космической технике и атомной энергетике при создании высокоэффективных космических ядерных энергетических установок на основе термоэмиссионного реактора-преобразователя.

Изобретение относится к области термоэмиссионного преобразования тепловой энергии в электрическую и может быть использовано при проектировании и испытаниях термоэмиссионных преобразователей (ТЭП) преимущественно для космических ядерных энергетических установок (ЯЭУ).

Термоэмиссионный способ тепловой защиты частей летательных аппаратов (ЛА) включает отвод теплового потока от нагреваемой части ЛА к менее нагретой с помощью термоэмиссионного модуля посредством размещения на внутренней поверхности нагреваемых частей ЛА электропроводящего материала или покрытия, обладающего при нагреве высокой эмиссией электронов, - эмиттера, установку с зазором от эмиттера электропроводящего элемента - коллектора, на котором осаждают эмитируемые электроны и через бортовой автономный потребитель электроэнергии транспортируют к эмиттеру, с последующей герметизацией, вакуумированием образованной между эмиттером и коллектором полости и введением в нее химических элементов или соединений, уменьшающих работу выхода электронов.

Изобретение относится к области электромашиностроения и может быть использовано в электромеханических преобразователях энергии автономных объектов. Технический результат - повышение энергоэффективности, преобразование тепловых потерь в повышение КПД ЭМПЭ на 1-2%.

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано в источниках тепловой и электрической энергии. В заявленном способе предусмотрено формирование высоковольтного электрического разряда между установленными последовательно анодным (3) электродом и катодным (4) электродом, выполненным из гидридообразующего металла, формирование вихревого потока инертного газа вдоль оси между электродами и инжекция в этот поток горячего водяного пара.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для генерирования электроэнергии. Технический результат состоит в повышении выходной электроэнергии.

Изобретение относится к ракетно-космической и авиационной технике. Крыло гиперзвукового летательного аппарата (ЛА) содержит внешнюю оболочку, на внутренней поверхности которой размещен эмиссионный слой-катод, который через бортовой потребитель электроэнергии, токоввод катода и токовывод анода соединен с электропроводящим элементом-анодом, в герметизированные полости, образованные внешней оболочкой нагреваемой части крыла ЛА с эмиссионным слоем и анодом, а также анодом с эмиссионным слоем и вспомогательным анодом введены химические элементы - цезий, барий в парообразной фазе.

Изобретение относится к механическим способам обработки монокристаллических слитков. Способ соединения и фиксации монокристаллов включает позиционирование нескольких монокристаллов, ориентирование их определенным образом и фиксацию монокристаллов друг с другом клеящим веществом, причем предварительно проводят отбор необходимого количества слитков монокристалла, затем проводят ориентацию торцов отобранных слитков с необходимым допуском и снятие предварительного базового среза длиной 18-20 мм, после чего склеивают слитки монокристаллов с помощью устройства для соединения и фиксации монокристаллов следующим образом: наносят клеящий материал на предварительно обезжиренный торец слитка монокристалла, устанавливают слиток предварительным базовым срезом на плоскость основания 1 устройства, одновременно прижимая слиток чистым торцом к неподвижному упору 4 и образующей слитка к поверхности бокового ограждения 2, устанавливают следующий слиток предварительным базовым срезом на плоскость основания 1 устройства вплотную к торцу предыдущего слитка и, вращая ручку 7 прижимного винта 6, слитки прижимают друг к другу с помощью подвижного упора 5, повторяют указанные операции до получения стека необходимой длины, выдерживают стек в устройстве до полного отвердения клеящего материала, причем в качестве клеящего материала используют двухкомпонентный бесцветный эпокси-каучуковый клей, затем проводят калибрование стека до необходимого диаметра и снятие основного базового среза, после чего проводят контроль ориентации базового среза и перпендикулярности торцов к образующей.

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано при разработке технологии алмазных электронных приборов увеличенной площади. Способ включает закрепление на подложке монокристаллических алмазных пластин с ориентацией поверхности (100) и последующее нанесение на пластины эпитаксиального алмазного слоя, при этом перед закреплением на подложке на каждой монокристаллической алмазной пластине предварительно сполировывают края, создавая усеченную четырехгранную пирамиду с верхней плоскостью, ориентированной по кристаллографической плоскости (100), и с четырьмя боковыми гранями, ориентированными по плоскостям типа {311}, каждую усеченную пирамиду соединяют с подложкой таким образом, чтобы усеченные пирамиды соприкасались друг с другом своими боковыми гранями, а затем наносят на усеченные пирамиды алмазный эпитаксиальный слой.

Изобретение относится к области изготовления оптического элемента путем соединения нескольких кристаллов гранатов. Такие композитные оптические элементы широко применяются в лазерах и других оптических устройствах.

Изобретение относится к технологии химического осаждения из газовой фазы алмазных пленок и может быть использовано, например, для получения алмазных подложек, в которых монокристаллический и поликристаллический алмаз образует единую пластину, используемую в технологии создания электронных приборов на алмазе или применяемую в рентгеновских монохроматорах, где необходимо осуществить теплоотвод от монокристаллического алмаза.
Изобретение относится к области изготовления деталей для оптических, акустоэлектронных и лазерных устройств, где в качестве активных и пассивных материалов используются тугоплавкие оксиды, преимущественно, двух-, трех- и четырехвалентных металлов, как в форме простых оксидов, так и сложных соединений.

Изобретение относится к диффузионной сварке кристаллов и может быть применено при сращивании и облагораживании различных кристаллов для радиоэлектронной промышленности, в ювелирном деле, в оптике и других отраслях.
Изобретение относится к области получения монокристаллов со структурой силленита и элементов из них больших размеров, в частности монокристаллов: Bi12SiO20 (BSO); Bi12GeO20 (BGO); Bi12TiO20 (ВТО).
Изобретение относится к изготовлению массивов кобальтовых нанопроволок в порах трековых мембран. Способ включает электроосаждение кобальта в поры трековых мембран из электролита, содержащего CoSO4⋅7H2O - 300-320 г/л, H3BO3 - 30-40 г/л, при рН 3,5-3,8 и температуре 40-45°С.
Наверх