| Лаборатория ЭСФХП |
|
Выращивание монокристаллов |
Институт Структурной Макрокинетики и Материаловедения|
Плазменное выращивание монокристаллов
|
 |
|
|
|
|
| Лаборатория ЭСФХП |
|
Выращивание монокристаллов |
|
Плазменное выращивание монокристаллов
|
|
|
|
|
|
|
Тугоплавкие соединения - карбиды и бориды переходных металлов IV-VI групп обладают комплексом рекордно высоких физико-химических и механических свойств. Они сочетают в себе высокую температуру плавления, коррозионную стойкость, твердость, пластичность при высокой температуре, стабильность электрофизических и физико-механических характеристик в широком интервале температур, низкую работу выхода электрона. В то же время эти соединения в монокристальном состоянии малоизучены. Всестороннее и комплексное исследование максимально полного спектра свойств таких кристаллов возможно лишь при условии синтеза крупных монокристаллов, обладающих структурным совершенством и низким содержанием примесей.
Перспективным способом получения наиболее крупных монокристаллов карбидов и боридов переходных металлов является метод плазменно-дугового переплава. Новые возможности для получения высококачественных исходных заготовок с заданными геометрическими характеристиками, плотностью, химической чистотой для плазменного выращивания монокристаллов открывает метод самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС).
В лаборатории активно развивается научное направление, связанное с выращиванием тугоплавких монокристаллов с применением плазменного нагрева. Получение кристаллов тугоплавких соединений из СВС-продуктов методом плазменно-дугового переплава является трехстадийной технологией, включающей:
Основной стадией получения монокристаллов плазменно-дуговым методом является собственно ростовой процесс. Применяемый способ относится к числу бестигельных жидкофазных. Источником нагрева служит плазмотрон, создающий электрические дуги прямого и косвенного действия в среде инертного газа. Электрическая дуга и плазменная струя обеспечивают формирование ванны расплава на торце затравки, которая является анодом прямой электрической дуги. В данном способе происходит капиллярное формообразование ванны расплава. Исключен контакт расплава с инородным веществом.
Для реализации способа создана плазменно-дуговая установка. Установка оснащена специально разработанными системами стабилизации ростового процесса и позволяет при выращивании монокристаллов осуществлять:
При выращивании монокристаллов карбидов и боридов переходных металлов используются стержни, полученные методом СВС. Для синтеза стержней применяются образцы из активных порошковых смесей, запрессованные в длинномерные оболочки (L/d>>1) из огнеупорных и неогнеупорных материалов. Процесс осуществляется в специальной установке в инертной атмосфере; контролируется изменение температур образца и оболочки. При синтезе доступны: регистрация скорости и температуры горения, удельного газовыделения, давления примесного газа в волне горения. Предметом, представляющим интерес для исследований, является влияние условий проведения синтеза и свойств исходных образцов (чистоты и дисперсности исходных компонентов, удельного содержание примесных газов, состава, плотности и однородности прессовок, физико-механических и физико-химических свойств оболочек) на характеристики процесса горения и свойства продукта горения (удельное содержание и распределение примесей, соотношение и распределение открытой и закрытой пористости, эффективный размер капилляров, прочность на изгиб и сжатие, тепло- и электропроводность).
Для изготовления длинномерных однородных прессованных образцов в оболочках был разработан метод послойной запрессовки порошковых смесей в длинномерные формы (L/d>>1). Основу метода составляет последовательное уплотнения предельно тонких слоев порошков. Толщина единичного слоя соизмерима с размером частиц порошка. Метод обеспечивает высокий уровень плотности и однородности прессовок при низких удельных значениях энергии прессования отдельных слоев. На базе этого метода создан ряд автоматизированных установок, позволяющих запрессовывать порошковые смеси различной дисперсности в длинномерные оболочки, а также изучать процесс их уплотнения. Интерес представляет исследование характерных особенностей уплотнения тонких слоев порошков - основной стадии послойного прессования. При уплотнении тонких слоев поршковых смесей впервые было обнаружено явление возникновения диссипативных структур в порошковых средах, проявляющееся в упорядочении частиц, образующих бидисперсную порошковую смесь, в структуры, подобные регулярным плотным укладкам из сферических частиц.
Вверх