Методы выращивания пламенной плавкой по Вернейлю.

Метод разработан для выращивания тугоплавких кристаллов, у которых температура плавления Т_пл.³ 1500-2500°C; рубин, корунд и т.д. Al₂O₃+C₂O₃ T_пл.=2030°C

Рисунок 38. Схема выращивания кристаллов из расплава по методу Вернейля.

1 – вибратор, 2 – подвес, 3 – бункер, 4 – исходный материал, 5 – сетка, 6 – ввод О₂,

7 – ввод H₂, 8 – затравка, 9 – кристаллодержатель.

Сущность метода. В бункер загружают смесь порошка Al₂O₃+1…3% Cr₂O₃ в виде порошков с зернистостью от1-20мкм.

Под действием встряхивающего устройства порошок через сетку попадает в пламя кислородоводородной горелки. Благодаря малым размерам частицы смеси расплавляются в высокотемпературной зоне пламени и попадают на затравочный кристалл. Затравка предварительно оплавляется без подачи шихты и образует слой расплава, удерживающаяся силами поверхностного натяжения. H₂:O₂=3:1 .

Затравка, медленно вращаясь, опускается и на выходе из высокотемпературной зоны нагревателя происходит кристаллизация окиси Al из расплава на поверхности затравки, что обеспечивает рост кристалла. Затем в струю попадает встряхиваемая смесь порошков, которые расплавляются и в расплавленном состоянии попадают в образованный расплав, который кристаллизуется по мере опускания затравки и образует на затравке кристалл.

Выращенные кристаллы имеют форму обратного конуса. Полученные кристаллы обязательно отжигаются во избежание трещин и внутренних напряжений. Отжиг производится в вакуумных электропечах в графитовых тиглях. Температура отжига 1900°C в течение нескольких часов. Охлаждение с печью 50°/час.

Преимущества: отсутствие тигля, не требуются герметичные камеры или вакуум.

Недостатки: так как толщина слоя расплава мала и его подпитка происходит непрерывно за счет порошка исходной смеси, возможность регулирования процесса достаточно трудно осуществима.

Метод зонной кристаллизации (или зонной плавки)

Применяется для получения тугоплавких кристаллов и полупроводниковых кристаллов высокой чистоты.