Yksikiteiden valmistus vyöhykekuumennusmenetelmällä

Yksikiteiden valmistus vyöhykekuumennusmenetelmällä.

Monien muiden menetelmien joukossa, jotka kuuluvat samaan perheeseen kuin Czochralski-menetelmä, Meidän pitäisi olla kiinnostuneita vielä yhdestä vyöhykkeen sulatusmenetelmästä. Tätä menetelmää käytetään kahteen eri tarkoitukseen: yksikiteiden kasvattaminen ja yksittäisten kiteiden puhdistaminen haitallisista epäpuhtauksista. Se on yksi nuorimmista menetelmistä - kehitetty ja käytetty metallien puhdistamiseen vasta 30 vuotta sitten, vuonna 1952, kirjoittanut amerikkalainen W.. G. Pfanna, ja vasta paljon myöhemmin mukautettu yksikiteiden viljelyyn.

Monikiteinen, materiaali, joka koostuu monista pienistä kiteistä, josta haluamme saada yhden kiteen, asetetaan erityiseen upokkaaseen, veneen muotoinen alus, valmistettu materiaalista, jolla on korkea sulamispiste, ei reagoi kasvavan yksittäisen kiteen materiaalin kanssa, ja kuumennetaan.

Tämä on kuitenkin hyvin erikoinen lämmitys. Menetelmän nimen mukaan vain hyvin kapea alue materiaalia kuumennetaan, kunnes se sulaa. Jos lämmitämme, aloitamme vain materiaalin toisesta päästä, ja siirrämme korkean lämpötilan lähdettä kohti toista päätä, sitten saatamme sen sulamaan koko pituudeltaan. Joka kerta, kun lämmönlähde liikkuu, vain yksi sulaa, kapea materiaalikerros. Hänen edessään ja takana on viileämpi, lämpötila nousee lämmönlähteen edessä - materiaali sulaa, ja matkustavan lämmönlähteen takana lämpötila laskee – aiemmin sulanut materiaali kiinteytyy ja kiteytyy. Kun nestekerroksen ja kiinteytyskerroksen välinen lämpötilaero ja sulan alueen liikkumisnopeus on vastaavasti pieni, yksittäinen kide kasvaa jähmettymisen aikana.

Pääasiassa orgaanisia kiteitä kasvatetaan vyöhykesulatuksella, mutta myös jalokiviä, ja niiden joukossa jo tunnettu synteettinen yttrium-alumiinigranaatti. Lisäksi tämä menetelmä helpottaa YAG-yksikiteiden valmistusta, koska se ei vaadi ainesosien etusulamista. Riittää, että sekoitetaan hyvin hienojakoinen yttrium ja alumiinioksidit, Kuumenna matalaan lämpötilaan tietyssä paineessa ja muodosta haluttu muoto sintraamalla, esimerkiksi.. taistella. Tämä tela työnnetään kvartsilasista valmistettuun sylinteriin, altistamme prosessin vyöhykesulatukselle ja saamme valmiin yksikiteen.

Samalla tavalla voimme saada myös yhden kiteen… vettä, siten jyrä, jolla on täydellisesti järjestetty sisäinen rakenne. Jää- ja granaattiomenakiteytyksen ero on vain yksi lämmönlähteen lämpötila, mikä aiheuttaa vyöhykkeen sulamisen. Vyöhykesulatusprosessissa induktiolämmitystä käytetään samalla tavalla kuin teräksen pintakovettamisessa, ja jään kiteytymisen aikana… jäätyminen.

Yksittäisten kiteiden puhdistusprosessi vyöhykesulamismenetelmällä on identtinen, kuten yksikiteisen viljelyprosessin ja on erottamattomasti yhteydessä siihen. Kun kiteytetään nestevyöhykkeen alavirtaan, kaikki epäpuhtaudet hylätään kasvavan kiteen pinnalta, mikä on minkä tahansa kiteytymisprosessin luonnollinen piirre. Ainoa, kuten tiedämme, ehto erittäin puhtaiden kiteiden saamiseksi on, että ne kasvavat hyvin hitaasti. Kiteytymisprosessissa kasvava kide houkuttelee tarvitsemansa ionit, atomeja tai molekyylejä, ja se karkottaa vieraita elementtejä. Joten jos alueellinen sulamisprosessi on riittävän hidas, kaikki epäpuhtaudet pysyvät sulassa vyöhykkeessä ja liikkuvat tämän vyöhykkeen kanssa kiteen toiseen päähän. Kun välitämme erittäin puhtaista kiteistä, tämä prosessi toistetaan useita kertoja, ja yksittäisen kiteen pää, johon kaikki epäpuhtaudet ovat kerääntyneet, me leikkaamme.

Kuitenkin, se tapahtuu joskus, varsinkin jalokivien tapauksessa, että tuomme tietoisesti epäpuhtauksia yksikiteisiin. Mielestämme ne ovat hyödyllisiä. Loppujen lopuksi jalokivien väri riippuu pilaantumisesta. Se tapahtuu, että haluamme jakaa epäpuhtaudet tasaisesti koko kiteen tilavuuteen. Tämä koskee esimerkiksi. yksikiteitä, joita käytetään kristallilaserien rakentamisessa, siten myös hopeanvärinen neodyymi YAG-kide. Pitäisikö tällaisissa tapauksissa luopua vyöhykkeen sulamismenetelmästä?? Päinvastoin. Tätä menetelmää käyttämällä voimme jopa lisätä saastumisjakauman homogeenisuutta. On yksi ehto. Sen sijaan, että siirrät sulanutta aluetta useita kertoja yhteen suuntaan, kuten alueellisessa puhdistuksessa, esimerkiksi.. kiteen vasemmalta oikealle puolelle, sulatamme yksittäiskiteen useita kertoja, mutta liikuttamalla lämmönlähdettä vuorotellen kerran vasemmalle, kerran oikealle. Saamme homogeenisen yksittäisen kiteen, täydellinen laserin rakentamiseen.

Vyöhykesulatusmenetelmällä on myös useita erilaisia ​​muunnelmia.

Vaakasuorien menetelmien lisäksi on pystysuoria upokasmenetelmiä. On myös vertikaalisia ei-upokkaita menetelmiä, jossa sula materiaalikerros ei lepää upokkaan seinämiä vasten, a ei leviä sivuttain nesteen pintajännityksen vuoksi. Sama, joka pitää teräksen neulan hienovaraisesti veden pinnalla.