Устройство для выращивания кристаллов
Предлагаемая полезная модель направлена на создание устройства для выращивания из раствора высококачественных кристаллов, которые предназначены, в частности, для использования в оптикоэлектронных приборах.
Устройство содержит корпус, крышку корпуса, платформу для размещения затравки для кристалла и механизм установки затравочного кристалла на платформе. Платформа, имеющая сквозное центральное отверстие и снабженная отражательным кольцом, размещена внутри корпуса устройства над его днищем с возможностью вращения, отражательное кольцо расположено внутри центрального цилиндрического отверстия, выполненного в крышке корпуса. Под отражательным кольцом установлена кольцевая ловушка, причем ловушка, крепящаяся к нижней поверхности крышки корпуса, снабжена штифтами, которые установлены над пазами в отражательном кольце, имеющим конфигурацию и объем, соответствующие штифтам. Механизм установки затравочного кристалла на платформе выполнен в виде оси, фиксирующейся посредством резьбового соединения относительно платформы, снабженной на конце затравочным модулем, и проходящей насквозь через платформу и втулку, закрывающую центральное отверстие в крышке корпуса. На верхнем конце названной оси установлено опорное кольцо, которое соприкасается с торцем втулки, предохраняя ось и платформу от перемещения в вертикальном направлении. Кольцевая ловушка выполнена в виде двух секций, имеющих форму полукольца. В нижней части сквозного осевого отверстия в платформе выполнена проточка в форме усеченного конуса с меньшим диаметром на наружной поверхности нижней плоскости платформы. З.п. 2, Илл.2.
Предлагаемая полезная модель относится к области техники, связанной с выращиванием искусственных кристаллов, в частности позволяет обеспечить скоростное выращивание кристаллов типа КН2Р04 (КДР). Такие кристаллы в настоящее время используются в оптико-электронных приборах, например, в фотоприемной аппаратуре, работающей в ультрафиолетовом диапазоне волн.
Известно устройство для выращивания кристаллов, содержащее корпус, крышку корпуса, платформу для размещения затравки для кристалла и механизм установки затравочного кристалла на платформе (Патент RU 2114220, «Устройство для выращивания водорастворимых кристаллов», МПК С30В 7/00, опубл. 27.06.1997 г.).
Основными недостатками известного устройства являются:
- трудность размещения затравочного кристалла на платформе, обусловленная тем, что на неподвижную платформу затравочный кристалл подается под углом и всегда существует возможность его неправильной ориентации;
- кристалл растет снизу вверх, что отрицательно сказывается на его качестве, поскольку на его поверхности могут оседать примеси;
Технической задачей настоящей полезной модели является создание устройства для выращивания кристаллов из раствора с измененной конструкцией платформы для выращивания кристалла и модернизированным механизмом установки затравочного кристалла на платформе, которые конструктивно проще и обеспечивают быстрое и надежное размещение затравочного кристалла на платформе.
Техническим результатом является повышение качества выращиваемых кристаллов и сокращение времени, затрачиваемого на их выращивание, Поставленные техническая задача и результат достигаются в результате того, что в устройстве для выращивания кристаллов, содержащем корпус, крышку корпуса, платформу для размещения затравки для кристалла и механизм установки затравочного кристалла на платформе платформа, имеющая сквозное центральное отверстие и снабженная отражательным кольцом, размещена внутри корпуса устройства над его днищем с возможностью вращения. Отражательное кольцо расположено внутри центрального цилиндрического отверстия, выполненного в крышке корпуса, под отражательным кольцом установлена кольцевая ловушка, причем ловушка, крепящаяся к нижней поверхности крышки корпуса, снабжена штифтами, которые установлены под пазами в отражательном кольце, имеющим конфигурацию и объем, соответствующие штифтам. При этом механизм установки затравочного кристалла на платформе выполнен в виде оси, фиксирующейся относительно платформы посредством резьбового соединения и расположенным над отражательным кольцом винта, снабженной на конце затравочным модулем, и проходящей насквозь через платформу и втулку с фланцем, закрывающую центральное отверстие в крышке корпуса. На верхнем конце названной оси установлено опорное кольцо, которое соприкасается с торцем втулки, предохраняя ось и платформу от перемещения в вертикальном направлении. Кольцевая ловушка может быть выполнена в виде двух секций, имеющих форму полукольца. В нижней части сквозного осевого отверстия в платформе выполнена проточка в форме усеченного конуса с меньшим диаметром на наружной поверхности нижней плоскости платформы. Проточка обеспечивает надежное крепление кристалла в затравочном модуле.
Сущность полезной модели поясняется схемой установки, представленной на фигурах 1 и 2.
На фиг.1 представлена схема установки в рабочем состоянии - выращивания кристалла.
На фиг.2 представлена схема в режиме фильтрации рабочего раствора.
Устройство (Фиг.1) содержит корпус 1, выполненный, например, в виде стеклянного сосуда закрытого крышкой 2, в которой по центру выполнено сквозное отверстие 3. Снизу отверстие 3 закрыто ловушкой 4, состоящей из двух одинаковых секций в форме полукруга; снабженных концентрическими углублениями. Каждая секция ловушки 4 имеет штифт 5, выступающий над поверхностью секции на высоту, не превышающую толщину отражательного кольца 6. Штифты 5 расположены в диаметрально противоположных частях секций ловушки 4. Отражательное кольцо 6 снабжено пазами 7, которые расположены точно над штифтами 5, причем пазы имеют конфигурации объем, соответствующие конфигурации и объему штифтов. В центре ловушки 4 выполнено отверстие, через которое проходит вертикальная трубка-удлинитель 8 платформы 9.
Верхняя часть сквозного отверстия трубки-удлинителя 8 снабжена внутренней резьбой, а ее наружная часть представляет собой отражательное кольцо 6. Наружный диаметр названного кольца меньше внутреннего диаметра отверстия 3 в крышке 2. Над отражательным кольцом 6 расположен винт 10.
Платформа 9 и трубка-удлинитель 8 образуют кристаллоносец, в котором выполнено сквозное отверстие 11. Внутрь отверстия 11 вставляется ось 12 с затравочным модулем 13, в концевой части которого размещают затравку 14. Сверху отверстие 3 в крышке устройства 2 закрыто фланцем 16 втулки 15, в которой установлен подшипник скольжения.
Втулка 15 посредством резиновой прокладки, размещенной во фланце 16 и поджимаемой посредством винтов 17, герметизируется относительно крышки 2 кристаллизатора. Насквозь через отверстие во втулке 15 проходит ось 12, которая вворачивается на резьбе в трубку-удлинитель 8 платформы 9 и фиксируется относительно названной трубки винтом 10. Для ограничения перемещении оси 12 в вертикальном направлении в ее верхней части размещено опорное кольцо 18, снабженное стопорным винтом 19.
В центральной части внутренней поверхности платформы 9 выполнена кольцевая проточка 20 в форме усеченного конуса. Глубина этой проточки составляет от десятых долей миллиметра до нескольких миллиметров. Наличие проточки предотвращает падение кристалла, который растет сверху вниз, поскольку внутренний диаметр проточки на несколько миллиметров больше ее наружного диаметра.
В крышке 2 выполнены технологические отверстия 21 и 22 предназначенные для соединения внутренней полости кристаллизатора к системе циркуляции рабочих растворов.
Верхняя часть оси 12 снабжена отверстием, предназначенным для размещения стопорного штифта 23. Кроме того, дополнительно (Фиг.2) устройство содержит пробку 24 и заглушку 25.
Для выращивания кристаллов устройство применяют следующим образом. Вначале производят его частичную сборку (фиг.2), размещая платформу 9 под крышкой 2 кристаллизатора таким образом, чтобы отражательное кольцо 6 платформы 9 находилось внутри сквозного отверстия 3 крышки 2. Затем снизу к крышке 2 присоединяют обе секции ловушки 4. Диаметр отверстая в центре ловушки 4 больше диаметра трубки-удлинителя 8 на 2-3 мм. После монтажа ловушки 4 платформа 9 опускается вниз, а затем фиксируется неподвижно в результате того, что штифты 5 входят внутрь пазов 7. В резьбовое отверстии в трубке удлинителя 8 заворачивают пробку 24. Следующей операцией частичной сборки устройства является крепление с помощью винтов 17 заглушки 25, которая закрывает сверху отверстие 3 в крышке 2. После монтажа заглушки 25 обеспечивается герметизация внутренней полости кристаллизационной установки. Полость заполняют рабочим раствором, который очищается путем принудительной циркуляции через фильтр, размещенный в гидравлической системе, снабженной насосом (не показано). При этом для подвода и вывода раствора из полости установки применяются технологические отверстия 21 и 22 (фиг.1).
После окончания фильтрации технологические отверстия 21 и 22 закрывают, а раствор перегревают выше температуры насыщения.
В период подготовки раствора (фильтрации) ось 12 (Фиг.1) с затравочным модулем 13 находится вне установки. Приготовленную заранее затравку 14 крепят, например, с помощью эпоксидного клея на затравочном модуле 13. После высыхания клея модуль 13 посредством резьбового соединения крепят к нижней части оси 12. Ось в сборе с модулем помещают в термостат, в котором ее температура повышается до значения более высокого, чем температура насыщения раствора.
Далее производят окончательную сборку установки для чего снимают заглушку 25, выворачивают пробку 24 и вворачивают вместо нее в верхнюю часть трубки-удлинителя 8 ось 12 в сборе с модулем 13. Ось 12 контрят винтом 10. Штифты 5, которые входят в пазы 7, предотвращают проворачивание отражательного кольца 6, что позволяет производить монтаж двумя руками - заворачивать ось 12 и винт 10. Следующей операцией является установка втулки 15, снабженной подшипником скольжения, на ось 12. Фланец названной втулки крепят посредством болтов к крышке 2 установки. Последней операцией сборки установки является вытягивание оси 12 и соединенной с ней платформы 9 на несколько миллиметров вверх с тем, чтобы вывести штифты 5 из зацепления с пазами 7. Фиксацию платформы в этом положении обеспечивают путем установки кольца 18 со стопорным винтом 19. После подключения оси 12 к механизму вращения начинают процесс кристаллизации на затравке с ростом кристалла сверху вниз.
При использовании данного устройства были выращены кристаллы типа КН2РО4 (КДР) высокого качества, что в значительной мере было достигнуто благодаря росту кристалл в направлении сверху вниз. Конструкция устройства также позволила существенно сократить подготовительное время, связанное с установкой затравочного кристалла, поскольку в отличие от прототипа нет необходимости в использовании дополнительного контрольного оборудования, предназначенного для корректировки положения затравочного кристалла. В предлагаемой модели можно устанавливать затравочный кристалл даже в том случае, если раствор цветной или непрозрачный так как конструкция модели гарантированно обеспечивает правильное положение затравочного кристалла.
1. Устройство для выращивания кристаллов, содержащее корпус, крышку корпуса, платформу для размещения затравки для кристалла и механизм установки затравочного кристалла на платформе, отличающееся тем, что платформа, имеющая сквозное центральное отверстие и снабженная отражательным кольцом, размещена внутри корпуса устройства над его днищем с возможностью вращения, отражательное кольцо расположено внутри центрального цилиндрического отверстия, выполненного в крышке корпуса, под отражательным кольцом установлена кольцевая ловушка, причем ловушка, крепящаяся к нижней поверхности крышки корпуса, снабжена штифтами, которые установлены под пазами на отражательном кольце, имеющем конфигурацию и объем, соответствующие штифтам, а механизм установки затравочного кристалла на платформе выполнен в виде оси, фиксирующейся относительно платформы посредством резьбового соединения и расположенным над отражательным кольцом винта, снабженной на конце затравочным модулем и проходящей насквозь через платформу и втулку с фланцем, сверху закрывающим центральное отверстие в крышке корпуса, на верхнем конце названной оси установлено опорное кольцо, которое соприкасается с торцем втулки, предохраняя ось и платформу от перемещения в вертикальном направлении.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что кольцевая ловушка выполнена в виде двух секций, имеющих форму полукольца.
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в нижней части сквозного осевого отверстия в платформе выполнена проточка в форме усеченного конуса с меньшим диаметром на наружной поверхности нижней плоскости платформы.
