DE3031747C2 - Vorrichtung zur Gruppenzüchtung von Einkristallen - Google Patents

Description

dadurch gekennzeichnet, daß

f) der Kühler (8) in Form eines zylindrischen Beti'ters ausgeführt ist, dessen dem zylindrischen Block (1) zugewandte Begrenzungsfläche die Form einer konkaven Kegelfläche (9) aufweist und an seinem Umfang mit durchgehenden Bohrungen (10) versehen ist, die in Verlängerung der Bohrungen (2) des Blockes (1) angeordnet sind und mit diesen gleichen Durchmesser aufweisen.

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Gruppenzüchtung von tänkrisullen durch eine gerichtete Kristallisation der Sciirrelze nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Es ist bereits eine Vorrichtung zur Gruppenzüchtung von Einkristallen durch gerichtete Kristallisation einer Schmelze bekannt die einen zylindrischen Block aus einem elektrisch leitenden Material (Graphit) aufweist der mit gleichmäßig über den Umfang verteilten Bohrungen versehen ist, in denen zylindrische Behälter angeordnet sind, die zur Aufnahme des Impfkristalls und der zu kristallisierenden Legierung dienea

Die im Unterteil des zylindrischen Blockes angeordneten Bohrungen sind hierbei miteinander durch einen Hohlraum verbunden, in dem sich ein Impfkristall befindet und in dem die Bildung und die Auswahl der Kristallkeime gleichzeitig für alle zu züchtenden Einkristalle stattfinden, d. h. alle Einkristalle wachsen so aus einem Kristallkeim. Um die Orientierung der Kristalle gleich zu halten, muß man die Parallelität der Bohrungen in dem Bereich einhalten, wo die Behälter angeordnet sind. Die Vorrichtung weist einen Kühler auf, welcher gleichachsig mit dem zylindrischen Block ss angeordnet ist und am Boden des Hohlraumes mit dem darin angeordneten Impfkristall anliegt. Am zylindrischen Block ist kaoxial um diesen herum ein Erhitzer aufgestellt (Journal of the Institute of Metals, 1973. Band 101. Seite 149,150).

Bei der bekannten Vorrichtung ist es schwer, einen hohen Temperaturgradienten an der Kristallisationsfront zu erzielen, weil die Fläche der Wärmeabführung — ein Impfkristall — beschränkt ist. Außerdem ist mit der Vergrößerung der Entfernung der Kristallisationsfront vom Impfkristall und somit mit einer Vergrößerung des Abstandes des Erhitzers vom Kühler eine Verminderung des Temperaturgradienten zu verzeichnen, die zur Verschlechterung der Qualität der zu züchtenden Einkristalle führt.

Bei der bekannten Vorrichtung ist außerdem die Kristallisationsfront nicht senkrecht zur Behälterachse, was durch die radiale Ausrichtung der Wärmeabführung von den unteren Bereichen der Behälter zu dem zentral angeordneten Impfkristall hervorgerufen wird. Das führt zu einer Verschlechterung der Qualität der Einkristalle durch das Wachsen von zufälligen, an peripheren Wänden des Behälters entsteheaden Keimen fan Einkristall. Zudem ist die bekannte Vorrichtung kompliziert im Aufbau.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Vorrichtung zur Gruppenzüchtung von Einkristallen so zu gestalten, daß bei einfacher Bauweise und einer senkrechten Ausrichtung der Kristallisationsfront zu der Behälterachse große Temperaturgradienten über der ganzen Höhe der Behälter erreichbar sind.

Diese Aufgabe wird mit der im Patentanspruch beschriebenen Vorrichtung gelöst

Die erfindungsgemäße Vorrichtung läßt hohe Temperaturgradienten sowohl an der Kristallisationsfront als auch über der gesamten Höhe der Behälter zu, gewährleistet die senkrechte Ausrichtung der Kristallisationsfront zur Behälterachse und ist einfach im Aufbau. Diese Vorteile ermöglichen es, den Prozentsatz der Ausbeute an brauchbaren Einkristallen bei einer Großserienproduktion derselben zu erhöhen, den technologischen Prozeß zu vereinfachen und so die Herstellungskosten für die Einkristalle zu senken.

Anhand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 die Vorrichtung zur Gruppenzüchtung von Einkristallen teilweise im Längsschnitt und

F i g. 2 eine Draufsicht auf die Vorrichtung von F i g. 1.

Die Vorrichtung zur Gruppenzüchtung von Einkristallen hat einen axial verschiebbaren zylindrischen Block I (Fig. 1. 2). der aus einem elektrisch leitenden Material, z. B. Graphit besteht Am Umfang des Blockes 1 sind sechs durchgehende Bohrmgen 2 gleichmäßig verteilt angeordnet In jeder Bohrung 2 befindet sich je ein zylindrischer feuerfester Behälter 3 mit einem Einkristall-Impfkristall 4 und einem Gußblock 5 der zu kristallisierenden Legierung. Im Unterteil jedes Behälters 3 ist ein mit seiner Stirnseite an der Stirn des Impfkristalls 4 dicht anliegender zylindrischer wassergekühlter Kühler 6 angeordnet. Koaxial zu dem zylindrischen Block 1 ist um diesen herum ein Erhitzer 7 angeordnet. Außerdem enthält die Vorrichtung einen unterhalb des Erhitzers 7 und koaxial dazu angeordneten Kühler 8. der gleichachsig mit dem zylindrischen Block 1 axial verschiebbar angeordnet ist. Der Kühler 8 hat die Form eines zylindrischen Behälters, dessen dem zylindrischen B'ock 1 zugewandte Begrenzungsfläche eine konkave Kegelfläche 9 ist. Am Umfang des Kühlers 8 sind sechs durchgehende Bohrungen 10 vorgesehen, die jeweils gegenüber einer der Bohrungen 2 des zylindrischen Blockes 1 angeordnet sind und diesen nach dem Durchmesser derart entsprechen, daß die Behälter 3, die in den Bohrungen 2 angeordnet sind, durch die Bohrungen 10 frei durchgehen können.

Mit der Vorrichtung werden Einkristalle in Gruppen in folgender Weise gezüchtet:

Man schaltet den Erhitzer 7 ein, heizt den zylindrischen Block 1 an und schmilzt die Einkristall-Impfkristalle 4 an den Gußblöcken S des zu kristallisierenden Materials an. Nach dem Anschmelzen werden der Block 1, der Erhitzer 7 und der Kühler 8 gegenüber den Behältern 3

längs der Mantellinien der Gußblöcke 5 mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit synchron verschoben, wobei die Züchtung der Einkristalle durch die gerichtete Kristallisation der Schmelze verwirklicht wird. Das Vorhandensein der konkaven Kegelfläche 9 gestattet es, radiale Temperaturgradienten in den Behältern 3 auszugleichen. Das läßt sich dadurch erklären, daß der Erhitzer 7 eine stärkere Erwärmung derjenigen Seitenteile der Gußblöcke 5 gewährleistet, die dem Umfang des Blockes 1 zugewandt sind, als derjenigen Teile der Gußblöcke, die dem Zentrum des Blockes 1 zugewandt sind. Der Kühler 8, der eine konkave Kegelfläche 9 aufweist, gewährleistet gleichzeitig eine stärkere Wärmeabführung von den dem Umfang zugewandten überhitzten Teilen der Gußblöcke 5. Durch geeignete Wahl der Tiefe der Auskehlung, die von der Räche 9 gebildet wird, stellt man ein Verhältnis zwischen Intensität der Seitenerhitzung und der Abkühlung ein, bei dem die Kxistallisationsfront zu der Achse des Behälters 3 senkrecht ist Dadurch, daß sich der Kühler 8 synchron mit dem Block 1 und dem Erhitzer 7 bewegt, d. h. sich ständig in ein und demselben Abstand von der Kristallisationsfront befindet, können höhere Temperaturgradienten sowohl an der Kristallisationsfront als auch über der gesamten Höhe der Behälter 3 entsprechend der Verschiebung der Kristaüisationsfroiit erreicht werden. Die Züchtung der Einkristalle erfolgt in einem Inertgas.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Vorrichtung zur Gruppenzüchtung von Einkristallen durch eine gerichtete Kristallisation der Schmelze, nut:

   a) einem zylindrischen Block aus einem elektrisch leitenden Material, der

   b) an seinem Umfang durchgehende Bohrungen

   aufweist

   c) Behältern in den Bohrungen zur Aufnahme von Impfkristall und kristallisierender Legierung,

   d) einem Erhitzer, der koaxial um den zylindrischen Block angeordnet ist,

   e) einem Kühler, der gleichachsig mit dem ,^ Erhitzer und unterhalb von ihm angeordnet ist,