Устройство для группового вытягивания монокристаллических волокон из тугоплавких материалов

 

Изобретение относится к выращиванию из расплава монокристаллических протяженных волокон из тугоплавких материалов. Предложенное устройство состоит из высокотемпературной ростовой камеры и дополнительной камеры, установленной на ее крышке. Ростовая камера выполнена вакуумной. В ней установлены нагреватель-лодочка с расплавом, блок формообразователей и холодильник-фиксатор. В крышке ростовой камеры выполнено отверстие для вывода волокна. Роликовый вытягивающий механизм помещен в дополнительную камеру, причем верхние ролики вытягивающего механизма установлены вакуум-плотно в выводящей щели дополнительной камеры. Отверстие для вывода волокна из ростовой камеры экранировано охладителем-фиксатором, имеющим щель переменного сечения. Холодильник-фиксатор, установленный в ростовой камере, снабжен наружным вакуум-плотным манипулятором. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к выращиванию из расплава монокристаллических протяженных волокон из тугоплавких материалов, в частности оксидов, например, лейкосапфира, рубина, алюмоиттриевого граната и др.

Известна установка для вытягивания из расплава протяженных волокон α -Al₂O₃ и других неорганических материалов методом капиллярного формообразования [1] Установка включает вертикально перемещающуюся горизонтальную поверхность, на которую опирается печь, состоящая из двух концентрических кварцевых трубок, прикрепленных с помощью втулки и фланцев к горизонтальной поверхности. Верхние концы трубок укреплены в головке. Головка устроена так, чтобы обеспечивать вход в печное пространство длинного штока вытягивания, который к ней прикреплен. Нижний конец вытягивающего штока имеет удлинение в виде стержня, который выполняет функцию держателя для затравочного кристалла. Между стенками трубок непрерывно подается холодная вода. Печное пространство окружено спиралью нагревателя. Конструкция механизма вытягивания кристалла может быть различна, но предпочтительно использовать механизм вытягивания с гидравлическим приводом. Групповое вытягивание в установке обеспечивается составлением нескольких единичных капилляров формообразователей в группу.

Однако намотка нитей на барабан осуществляется в этой установке внутри кристаллизационной камеры, что в несколько раз увеличивает размеры камеры и не позволяет исправлять дефекты намотки, затрудняя получение группы протяженных волокон.

Наиболее близкой к изобретению является установка для группового выращивания волокон методом капиллярного формообразования [2] включающая высокотемпературную ростовую камеру, в которой установлена лодочка с расплавом, блок формообразователей и холодильник-фиксатор. В крышке камеры выполнена щель для вывода волокна, снабженная блоком герметизации. Над ростовой камерой установлен роликовый вытягивающий механизм.

Однако плохая герметизация камеры роста не обеспечивает получения в ней вакуума, т. е. не обеспечивается вакуумный вывод волокна из камеры роста и вакуумное уплотнение наружных подвижек холодильника-фиксатора. Поэтому процесс получения монокристаллических волокон производится в камере роста в протоке аргона с подпором последнего. Такой техпроцесс требует большого расхода дорогостоящего особо чистого аргона, что очень удорожает процесс.

Сущность изобретения заключается в том, что установка включает высокотемпературную ростовую камеру, в которой установлены нагреватель-лодочка с расплавом, блок формообразователей и холодильник-фиксатор, и дополнительную камеру, установленную на крышке ростовой камеры, в которой размещен роликовый вытягивающий механизм. Роликовый вытягивающий механизм состоит из двух рядов роликов верхнего и нижнего, причем ролики верхнего ряда установлены вакуумплотно в выводящей щели дополнительной камеры и служат для непрерывного вывода волокна из вакуумной камеры роста. В крышке ростовой камеры выполнено отверстие для вывода волокна, которое экранировано охладителем-фиксатором, имеющим щель переменного сечения.

Холодильник-фиксатор, установленный в ростовой камере, может быть снабжен наружным вакуум-плотным манипулятором.

Благодаря тому, что верхние ролики установлены в дополнительной камере вакуумплотно, а холодильник-фиксатор снабжен вакуум-плотным манипулятором, в полостях ростовой и дополнительной камер обеспечивается вакуум.

На фиг.1 изображено предлагаемое устройство; на фиг.2 дополнительная камера.

Устройство для группового вытягивания монокристаллических волокон из тугоплавких материалов состоит из высокотемпературной ростовой камеры 1 и дополнительной камеры 2. В камере 1 установлены нагреватель-лодочка 3 с расплавом, блок 4 формообразователей и холодильник-фиксатор 5. В крышке 6 ростовой камеры 1 выполнено отверстие 7 для вывода волокна, которое экранировано охладителем 8, имеющим щель 9 переменного сечения. Дополнительная камера 2 установлена на крышке 6 ростовой камеры 1. В дополнительной камере 2 установлен роликовый вытягивающий механизм 10, состоящий из верхних 11-14 и нижних 15 и 16 роликов. Верхние ролики 12 и 13 выполнены из вакуумной резины, а ролики 11 и 14 металлическими. Верхние ролики 11-14 одновременно являются вакуум-плотным выводом непрерывной подачи волокна из установки. Ролики 15 и 16 являются только частью механизма протяжки. Они снабжены устройством, позволяющим разводить ролики во время протяжки волокна. Щель 9 переменного сечения образована двумя сходящимися медными экранами 17 и 18 охладителя 8, один из которых укреплен на пружине. Верхние ролики 11-14 установлены в выводящей щели 19 дополнительной камеры 2 вакуумплотно, обеспечивая вакуумность общей полости, образованной совместно корпусами ростовой камеры 1 и дополнительной камеры 2, при непрерывном выводе волокна из камер 1 и 2. Холодильник-фиксатор 5 снабжен вакуум-плотным высокочастотным наружным манипулятором 20, позволяющим производить центровку щели холодильника-фиксатора 5, не нарушая вакуум в ростовой камере 1.

На фиг.1, 2 изображены также молибденовые экраны 21 с подставкой. тоководы 22 с вакуумным уплотнением 23, вакуумное уплотнение 24 основания дополнительной камеры, группа вытягиваемых волокон 25, затравкодержатель 26, вакуумное уплотнение 27 роликов и устройство 28 для разводки роликов 15 и 16.

Устройство работает следующим образом.

В высокотемпературной (до 2300^оС) ростовой вакуумной камере 1 из расплава, помещенного в нагреватель-лодочку 3, с помощью блока 4 формообразователей производят непрерывное вытягивание группы волокон на затравку, укрепленную в молибденовый кристаллодержатель пластинку длиной 300 мм. Вытягиваемая группа волокон фиксируется холодильником-фиксатором 5. С помощью этого же холодильника-фиксатора 5 устанавливается переохлаждение расплава на фронте кристаллизации. Далее группа волокон через отверстие 7 подается в дополнительную камеру 2 через переменную щель 9 охладителя 8. Непрерывное вытягивание волокна осуществляется роликовым механизмом (11-16), который является одновременно и механизмом протяжки и вакуумным выводом волокна из установки. Нижние ролики 15 и 16 разводятся. Это устройство дает возможность плавно, не повредив волокна при протяжке, непрерывно перейти от кристаллодержателя к затравке, а затем к группе волокон. Далее сначала кристаллодержатель с затравкой, а затем группа волокон подается в ролики 13 и 14 и последовательно выводится из устройства. Выведенное из устройства волокно наматывается на барабан. Наружный манипулятор 20 позволяет производить центровочные подвижки щели холодильника-фиксатора 5 при прохождении волокна.

Благодаря тому, что верхние ролики 11-14 установлены вакуумплотно в выводящей щели 19 дополнительной камеры 2, а холодильник-фиксатор 5 снабжен вакуум-плотным манипулятором 20, в полости ростовой камеры 1 и дополнительной камеры 2 обеспечивается вакуум. Поэтому предложенное устройство обеспечивает возможность вытягивания волокна в вакууме, что приводит к получению более чистых по примесям и дефектом волокон, что важно при производстве оптических волокон. Выращивание волокна в камере 1 осуществляется в вакууме с остаточным давлением 10^-5 тор либо в атмосфере Ar давлением 1,2 кг/см².

Использование роликов из вакуумной резины при небольшом объеме высокотемпературной камеры 1 (расстояние от дополнительной камеры до нагревателя-формообразователя 350 мм) возможно благодаря экранированию отверстия 7 охладителем 8. Охладитель 8 является одновременно дополнительным фиксатором волокна, снижающим вибрацию волокна.

Предложенное устройство позволяет проводить процесс выращивания монокристаллических высокотемпературных волокон (температура 2100^оС и выше) в вакууме при непрерывном выводе волокна и намотке его на барабан вне устройства.

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГРУППОВОГО ВЫТЯГИВАНИЯ МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ВОЛОКОН ИЗ ТУГОПЛАВКИХ МАТЕРИАЛОВ, включающее высокотемпературную ростовую камеру с крышкой и роликовый вытягивающий механизм, состоящий из верхних и нижних роликов с приводом, в камере установлен нагреватель-лодочка для расплава, блок формообразователь и холодильник-фиксатор, а в крышке ростовой камеры выполнено отверстие для вывода волокна, отличающееся тем, что ростовая камера выполнена вакуумной, а роликовый вытягивающий механизм помещен в дополнительную камеру, установленную на крышке ростовой камеры, верхние ролики вытягивающего механизма установлены вакуум-плотно в выводящей щели дополнительной камеры, а отверстие для вывода волокна из ростовой камеры экранировано охладителем-фиксатором, имеющим щель переменного сечения.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что холодильник-фиксатор, установленный в ростовой камере, снабжен манипулятором.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2