Устройство для выращивания профилированных кристаллов из раствора

Изобретение относится к скоростному росту кристаллов из раствора. Устройство для выращивания профилированных кристаллов из раствора содержит герметичный кристаллизатор 3, установленную внутри него ростовую камеру 1 прямоугольного сечения с затравочным кристаллом 2 и систему подачи раствора к кристаллу 2, включающую неперемещающийся насос 5 для подачи насыщенного раствора в зону роста кристалла 2 и расположенную над растущей поверхностью кристалла 2 пластину 6, выполненную с возможностью возвратно-поступательного движения в вертикальном направлении и постепенного движения вверх по мере роста кристалла, имеющую ширину и длину меньше ширины и длины ростовой камеры 1, так что между пластиной 6 и стенками камеры 1 есть щели, соединенную с приводом 7 не менее чем одной штангой 8 изменяемой длины с узлом крепления 9 к пластине 6, позволяющим изменять угол между пластиной 6 и штангой 8. Возможно также выполнение пластины 6 с отверстиями для дополнительного прохода раствора. Техническим результатом является упрощение и облегчение конструкции устройства для выращивания профилированных кристаллов из раствора и улучшение условий для выращивания кристаллов в таком устройстве. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к скоростному росту кристаллов из раствора в прямоугольной ростовой камере (далее - камере) в кристаллизаторе.

Обычно кристаллы выращивают в условиях свободного роста в устройствах, оснащенных мощным механизмом крепления кристалла и вращения его в кристаллизаторе с большим объемом раствора. Подача раствора к растущим граням кристалла осуществляется путем вращения кристалла в растворе, при этом кристаллы имеют большой размер (до 400 мм) и значительный вес (до 150 кг). Выращивание кристаллов в таких устройствах требует больших временных затрат, поскольку скорость роста кристаллов низкая. Кроме того, в связи с наличием в выращиваемом кристалле областей напряжений в периферии и областей граней в центре для изготовления элементов высокого оптического качества пригодна лишь часть кристалла, составляющая не более одной трети от его диаметра. Таким образом, при вырезании оптических элементов из таких кристаллов получается большое количество отходов.

Известно устройство для выращивания высокоскоростным способом профилированных кристаллов из раствора заданной формы, близкой к форме требуемого оптического элемента для лазерной техники, которое описано в патенте РФ №1342056.

Устройство сдержит герметичный кристаллизатор, заполненный раствором. Внутри кристаллизатора установлена ростовая камера (далее - камера) с затравочным кристаллом и погружной насос, имеющий одно или несколько сопел, выходное отверстие которых выполнено в виде щели. Для получения кристаллов прямоугольной формы камера выполнена прямоугольного сечения, а насос установлен с возможностью качания в вертикальной плоскости, параллельной одной из сторон камеры. Длина щели сопла равна стороне камеры, перпендикулярной плоскости качания насоса. На крышке кристаллизатора установлен механизм перемещения насоса с приводом. Камера снабжена механизмом вертикального перемещения с приводом, который обеспечивает опускание камеры по мере роста грани кристалла, поддерживая заданное расстояние между гранью кристалла и выходного среза сопла. Подача питающего раствора производится через сопла, периодически перемещающиеся вдоль растущей грани кристалла в направлении, перпендикулярном щели сопла. Камеру устанавливают на высоте, обеспечивающей определенное расстояние от растущей грани кристалла до выходного среза сопла.

Недостатками прототипа являются: неравномерная подача раствора к поверхности кристалла, наличие на поверхности кристалла зон, на которые не производится подача раствора, необходимость использования громоздкой механической системы перемещения ростовой камеры и такой же громоздкой системы перемещения мощного погружного насоса, большая сложность изготовления погружного насоса.

Сопла погружного насоса, подающие раствор, периодически проходят над растущей гранью кристалла, соответственно в текущий момент времени подпитываются только те участки кристалла, над которыми проходят сопла насоса, остальные временно находятся без подпитки, т.е. значительное время к этим участкам растущей грани не производится подача раствора.

Для поддержания постоянного расстояния между соплами погружного насоса и растущей гранью кристалла необходимо перемещать ростовую камеру вниз. Ростовая камера с кристаллом обладает большим весом (до 50 кг), для ее перемещения требуется сложная дорогостоящая механическая система.

Насос, химически нейтральный по отношению к раствору и имеющий сложную форму, изготавливается из стекла. Он состоит из нескольких деталей: корпуса с соплами и спрямляющими поток раствора элементами внутри, турбины и вала, соединяющегося с мотором. Эта тяжелая и громоздкая конструкция приводится в движение приводом, обеспечивающим качание. Все вместе это также является громоздкой и дорогой в изготовлении системой.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в упрощении и облегчении конструкции устройства для выращивания профилированных кристаллов из раствора и улучшении условий для выращивания кристаллов в таком устройстве.

Технический эффект достигается тем, что устройство для выращивания профилированных кристаллов из раствора содержит герметичный кристаллизатор, установленную внутри него камеру роста с затравочным кристаллом и систему подачи раствора к кристаллу.

Новым является то, что система подачи включает неперемещающийся насос для подачи насыщенного раствора в зону роста кристалла и расположенную над растущей поверхностью кристалла пластину, выполненную с возможностью возвратно-поступательного движения в вертикальном направлении и постепенного движения вверх по мере роста кристалла, имеющую ширину и длину меньше ширины и длины ростовой камеры, так что между пластиной и стенками камеры есть щели, соединенную с приводом не менее чем одной штангой изменяемой длины с узлом крепления к пластине, позволяющим изменять угол между пластиной и штангой.

В частном случае реализации изобретения по п. 2 новым является то, что пластина выполнена с отверстиями для дополнительного прохода раствора.

Фиг. 1 - одна из возможных схем реализации устройства.

Фиг. 2 - размещение пластины в форме, вид сверху.

Фиг. 3 - поперечный разрез А-А на фиг. 2.

Фиг. 4 - схема процесса подачи раствора к растущей грани кристалла.

Устройство для выращивания профилированных кристаллов из раствора содержит ростовую камеру 1 с затравочным кристаллом 2, которая статично расположена в кристаллизаторе 3, заполненном раствором 4. Система подачи раствора к затравочному кристаллу 2 состоит из изготовленных из материала, химически инертного к раствору 4, неперемещающающегося насоса 5 для подачи насыщенного раствора в зону роста затравочного кристалла 2 и расположенной над растущей гранью затравочного кристалла 2 пластины 6, выполненной с возможностью возвратно-поступательного движения в вертикальном направлении, имеющей ширину и длину меньше ширины и длины ростовой камеры 1, так что между пластиной 6 и стенками ростовой камеры 1 образуются щели, соединенной с приводом 7 не менее чем одной штангой 8 изменяемой длины с узлом крепления 9 штанги 8 к пластине 6, позволяющим изменять угол между пластиной 6 и штангой 8.

На фиг. 1 приведена одна из возможных схем реализации изобретения, в которой использованы две штанги 8. В зависимости от требуемых характеристик выращиваемого кристалла число штанг 8 с узлами креплениями 9 может быть различным. Остальные чертежи также являются иллюстрирующими материалами данного частного случая применения, но не ограничивает возможностей реализации предлагаемого изобретения в общем случае.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

Пластина 6 совершает возвратно-поступательное движение вверх-вниз и постепенное движение вверх по мере роста кристалла 2. При этом через щели между пластиной 6 и стенками камеры 1, статично расположенной в кристаллизаторе 3, возникают потоки раствора переменного направления, обеспечивающие непрерывную подачу раствора 4 ко всей растущей грани кристалла 2.

Скорость потоков раствора 4 увеличивается при уменьшении щелей между пластиной 6 и стенками камеры 1, при увеличении амплитуды и частоты возвратно-поступательного движения пластины 6, при уменьшении расстояния между пластиной 6 и растущей поверхностью кристалла 2. При изменении положения пластины 6 относительно центра камеры 1, наклона пластины 6 в продольном и поперечном направлениях возможно изменение распределения потоков раствора 4 для улучшения условий роста кристалла 2 в конкретных случаях. Возможно изменение положения пластины 6 в течение одного периода возвратно-поступательного движения пластины 6. Подача насыщенного раствора к пластине 6 осуществляется при помощи насоса 5, расположенного выше камеры 1. Таким образом, заявленное устройство обеспечивает непрерывную подачу раствора 4 одновременно ко всей растущей грани кристалла 2, переменное направление потоков раствора 4, возможность изменения параметров потоков раствора 4 путем выбора размеров пластины 6, амплитуды и частоты возвратно-поступательного движения пластины 6, положения пластины 6 относительно стенок камеры 1 и растущей грани кристалла 2, что способствует улучшению условий для роста кристалла 2.

За счет того, что пластина 6 выполнена с возможностью постепенного ее перемещения вверх, отпадает необходимость перемещения самой камеры 2 и насоса 5 относительно кристаллизатора 3, что позволило в предлагаемом устройстве, в отличие от прототипа, избавиться от громоздких механизмов перемещения камеры 1 и насоса 5, дало возможность уменьшить высоту кристаллизатора 3 и, соответственно, количество раствора 4, используемого в процессе роста кристалла 2.

В частном случае реализации устройства по п. 2 пластина 6 может быть выполнена с отверстиями, что дает дополнительные потоки раствора 4 к растущей грани кристалла 2. Так, на фиг. 2, фиг. 3 и фиг. 4 приведен частный случай реализации устройства по п. 2, в котором пластина выполнена с двумя симметричными относительно линии размещения двух штанг 8 щелевидными отверстиями 10. В общем случае форма отверстий может быть произвольной, и расположены они могут быть в произвольном порядке на поверхности пластины. Это зависит от требований к распределению потоков по грани кристалла.

1. Устройство для выращивания профилированных кристаллов из раствора, содержащее герметичный кристаллизатор, установленную внутри него ростовую камеру прямоугольного сечения с затравочным кристаллом и систему подачи раствора к кристаллу, отличающееся тем, что система подачи включает неперемещающийся насос для подачи насыщенного раствора в зону роста кристалла и расположенную над растущей поверхностью кристалла пластину, выполненную с возможностью возвратно-поступательного движения в вертикальном направлении и постепенного движения вверх по мере роста кристалла, имеющую ширину и длину меньше ширины и длины ростовой камеры, так что между пластиной и стенками камеры есть щели, соединенную с приводом не менее чем одной штангой изменяемой длины с узлом крепления к пластине, позволяющим изменять угол между пластиной и штангой.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что пластина выполнена с отверстиями для дополнительного прохода раствора.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к химической промышленности. Способ кристаллизации белков предусматривает подготовку исходных растворов белка в буфере, фильтрование полученного раствора, центрифугирование и заполнение раствором капилляров.

Изобретение относится к кристаллическим коллоидным массивам, используемым в качестве материалов, рассеивающих излучение. Описана композитная, отражающая и поглощающая излучение композиция, включающая множество коллоидных кристаллов или агрегатов коллоидных кристаллов, где каждый упомянутый кристалл содержит отражающие излучение частицы в виде коллоидного массива и поглощающие излучение частицы, диспергированные в кристаллах.

Изобретение относится к технологии выращивания водорастворимых оптических монокристаллов группы дигидрофосфата калия (KDP), которые могут быть использованы, например, при изготовлении активных элементов параметрических преобразователей лазерного излучения для квантовой оптики.

Изобретение относится к новой кристаллической модификации (R)-ДОФХ, которая может использоваться в фармацевтической промышленности. Предложена новая кристаллическая форма ДОФХ и способ ее получения, а также ее применение в качестве компонента при получении лекарственных средств.

Изобретение относится к устройствам для кристаллизации белковых макромолекул в наземных условиях и условиях микрогравитации (в космосе). Микрофлюидное устройство содержит емкости с растворами различных белков 7, 9, 11 и осадителей 8, 10, 12, попарно подключенные через отдельные каналы 2, 3, 4, в которых установлены микрозатворы 13, к кристаллизационным камерам, при этом каналы 2, 3, 4 подключены к одному трубчатому элементу 1, внутри которого формируют отдельные кристаллизационные камеры 20-28 для каждого из белков, один конец трубчатого элемента 1 соединен через микрозатвор 16 с микронасосом 15, подающим из резервуара 14 в полость трубчатого элемента 1 рабочую среду 19, служащую для разделения полостей кристаллизационных камер 20-28, а другой конец трубчатого элемента 1 соединен со сборником 17 рабочей среды 19, причем для подачи растворов белков и осадителей через отдельные каналы 2, 3, 4 в кристаллизационные камеры 20-28 применяют отдельные микронасосы 5, 6, функционирующие по индивидуальным программам.

Изобретение относится к технологии взрывчатых веществ (ВВ) и может быть использовано в детонаторах и других взрывных устройствах, использующих процесс перехода горения ВВ во взрыв.

Изобретение относится к технике, связанной с выращиванием кристаллов из пересыщенных водных растворов, и может быть использовано при скоростном выращивании профилированных кристаллов (например, типа KH2PO4, KD2PO4 , Ва(NO3)2 и др.).

Изобретение относится к получению полупроводниковых квантовых точек типов ядро и ядро-оболочка методом коллоидного синтеза, которые могут быть использованы в производстве различных люминесцентных материалов, а также в качестве основы для производства сверхминиатюрных светодиодов, источников белого света, одноэлектронных транзисторов, нелинейно-оптических устройств, фоточувствительных и фотогальванических устройств.

Изобретение относится к технике выращивания кристаллов из растворов солей, в частности для выращивания кристаллов группы KDP (КН2РO4), которые широко применяются для изготовления элементов нелинейной оптики.

Изобретение относится к способам получения порошкового материала, содержащего микрочастицы, и может быть использовано в медицине в качестве материала с бактерицидным действием; в химии для очистки питьевой воды; в производстве катализаторов; в химической промышленности для защитного покрытия стенок трубопроводов; в химических источниках тока.

Изобретение относится к технологии получения полупроводниковых материалов для электронной техники, в частности кремния, методом Чохральского. .

Изобретение относится к производству профилированных кристаллов из полупроводниковых материалов, применяемых в электронной промышленности. .

Изобретение относится к синтезу нанообъектов различных химических элементов и их соединений, которые могут быть использованы в электронных компонентах, катализаторах, в медицине, строительстве и т.д.

Изобретение относится к области синтеза сверхтвердых материалов, в частности к получению материала на основе алмаза, используемого для изготовления обрабатывающего инструмента.
Изобретение относится к технологии получения полупроводниковых наноматериалов. Способ получения нитевидных нанокристаллов Si (ННК) включает подготовку кремниевой пластины путем нанесения на ее поверхность нанодисперсных частиц катализатора с последующим помещением в ростовую печь, нагревом и осаждением кристаллизуемого вещества из газовой фазы по схеме пар → капельная жидкость → кристалл, при этом перед нанесением частиц катализатора и помещением подложки в ростовую печь на пластину Si наносят пленку Ti и анодируют длительностью от 5 до 90 мин в 1%-ном растворе NH4F в этиленгликоле, причем плотность анодного тока поддерживают в интервале от 5 до 20 мА/см2, а наночастицы катализатора на анодированную поверхность Ti наносят осаждением металла, выбираемого из ряда Ni, Ag, Pd, из 0,1 М раствора, имеющего общую формулу Me(NO3)x, где Me - Ni, Ag, Pd; х=1-2, в течение 1-2 мин при воздействии на раствор ультразвуком мощностью 60 Вт. Изобретение обеспечивает возможность получения ННК с диаметрами от 10 до 100 нм, равномерно распределенных по поверхности подложки и имеющих малый разбаланс поперечных размеров. 6 пр.

Изобретение относится к скоростному росту кристаллов из раствора. Устройство для выращивания профилированных кристаллов из раствора содержит герметичный кристаллизатор 3, установленную внутри него ростовую камеру 1 прямоугольного сечения с затравочным кристаллом 2 и систему подачи раствора к кристаллу 2, включающую неперемещающийся насос 5 для подачи насыщенного раствора в зону роста кристалла 2 и расположенную над растущей поверхностью кристалла 2 пластину 6, выполненную с возможностью возвратно-поступательного движения в вертикальном направлении и постепенного движения вверх по мере роста кристалла, имеющую ширину и длину меньше ширины и длины ростовой камеры 1, так что между пластиной 6 и стенками камеры 1 есть щели, соединенную с приводом 7 не менее чем одной штангой 8 изменяемой длины с узлом крепления 9 к пластине 6, позволяющим изменять угол между пластиной 6 и штангой 8. Возможно также выполнение пластины 6 с отверстиями для дополнительного прохода раствора. Техническим результатом является упрощение и облегчение конструкции устройства для выращивания профилированных кристаллов из раствора и улучшение условий для выращивания кристаллов в таком устройстве. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Наверх