Рассмотрены основные способы производства монокристаллов тугоплавких металлов из паровой, жидкой и твердой фаз. Ключевое внимание уделено способам получения кристаллов из жидкой фазы: электронно-лучевая зонная плавка, плазменно-дуговая капельная плавка, плазменно-индукционная зонная плавка. Показано, что наиболее рациональным способом получения плоских монокристаллических заготовок для дальнейшего производства моно- кристаллического проката (листа, прутков, проволоки) является технология плазменно-индукционной зонной плавки ИЭС им. Е. О. Патона НАН Украины.

Показано, что наиболее рациональный путь получения крупных ориентированных монокристаллов тугоплавких металлов со стабильными свойствами по технологии плазменно-индукционной зонной плавки связан с разработкой АСУ ТП. Представлено детальное описание одного из функциональных элементов частично автоматизированной системы управления процессом выращивания кристаллов - микрокомпьютерного пульта оператора-технолога. Использование разработанного пульта позволяет существенно облегчить контроль и управление процессом, а также уменьшить влияние субъективного человеческого фактора на воспроизводимость свойств получаемых кристаллов.

Розв'язано проблему вирощування великих орієнтованих монокристалів вольфраму та молібдену з достатньо досконалою структурою і покращаними фізико-механічними властивостями внаслідок вивчення та удосконалення плазмово-індукційної зонної плавки, стабілізації процесу сумісної роботи індуктора та плазмотрона та керування температурним полем усього монокристала під час вирощування та охолодження. Вирощено великі профільовані монокристали у вигляді пластин, які дають змогу розв'язати задачі одержання монокристалічного широкоформатного прокату, виготовлення дзеркал потужних лазерів, мішеней та розпилення в електроніці, антикатодів для потужних рентгенівських ламп. Теоретично обгрунтовано та практично підтверджено стабільну роботу індуктора в широкому діапазоні зміни потужності за умов комбінованого плазмово-індукційного нагріву монокристалів, шляхом розміщення холодної секційної стінки в проміжку між індуктором і монокристалом, що усуває збурюючу дію плазмової дуги. Сформульовано підходи до керування технологічним процесом безтигельної плазмово-індукційної зонної плавки, які базуються на регулюванні потужності плазмово-дугового та індукційного джерел нагріву, підтримці оптимального співвідношення компонентів суміші плазмотвірного газу, врахуванні геометричних розмірів і масштабного рівня субструктури зародкового кристала, що забезпечує гарантоване формоутворення монокристала з достатньо досконалою субструктурою. Показано, що досконалість субструктури в процесі вирощування та охолодження великих монокристалів можна підвищити за рахунок індукційного нагріву, який крім функцій активного керування температурним полем у зоні формування

Рассмотрены особенности кристаллизационного рафинирования крупных монокристаллов плоской формы. На базе полученных зависимостей с использованием аналитических и численных методов проведен анализ влияния технологических режимов на поведение трудноудаляемых примесей.

Отмечено, что монокристаллам тугоплавких металлов присущ комплекс уникальных свойств. Однако на сегодняшний день существует лишь незначительное количество технологических процессов, где используют указанные материалы. Основная причина этого заключается в относительно небольших габаритных размерах монокристаллов и их высокой себестоимости. Поэтому актуальной задачей является разработка технологий, позволяющих не только увеличивать габаритные размеры тугоплавких монокристаллов, но и обеспечивать возможность получения их с разной геометрией профиля, при этом достигать высокой производительности и экономической эффективности. Рассмотрены проблемы увеличения крупных монокристаллов тугоплавких металлов. Обоснована возможность перспективного использования технологии плазменно-индукционной плавки для увеличения габаритных размеров тугоплавких монокристаллов. Разработаны рекомендации, позволяющие дальнейшее совершенствование плазменно-индукционной технологии.

Рассмотрены научные и прикладные аспекты выращивания монокристаллов тугоплавких металлов с применением плазменного и индукционного источников нагрева. Приведены наиболее распространенные методы их получения и установки для выращивания. Показаны преимущества комбинированного плазменно-индукционного нагрева в технике выращивания крупных профилированных монокристаллов тугоплавких металлов, в частности вольфрама и молибдена. Рассмотрена математическая модель теплового состояния круглого и плоского монокристаллов в условиях плазменно-индукционного нагрева.

Розглянуто наукові та практичні аспекти вирощування монокристалів тугоплавких металів (ТПМ) із застосуванням плазмового та індукційного джерел нагрівання. Показано технологічні переваги комбінованого плазмово-індукційного нагрівання (ПІН) у процесі вирощування крупних монокристалів ТПМ, зокрема вольфраму та молібдену. Наведено конструкцію дослідно-промислової установки УП-122М для вирощування монокристалів вольфраму та молібдену плоскої форми та її технічні характеристики. Розглянуто питання формування структури монокристалів вольфраму за умов гібридного ПІН та відмічено його переваги у порівнянні з іншими способами нагріву.

Індекс рубрикатора НБУВ: К235.103.4

Рубрики:

Вирощування монокристалів тугоплавких металів і сплавів

Шифр НБУВ: Ж24340 Пошук видання у каталогах НБУВ