Патент на полезную модель Республики Беларусь

1. ОПИСАНИЕ
ПОЛЕЗНОЙ
МОДЕЛИ К
ПАТЕНТУ
(12)
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(19) BY (11) 6573
(13) U
(46) 2010.10.30
(51) МПК (2009)
C 30B 7/00
C 30B 35/00
(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫРАЩИВАНИЯ КРИСТАЛЛОВ
(21) Номер заявки: u 20100178
(22) 2010.02.25
(71) Заявитель: Государственное науч-
ное учреждение "Институт техни-
ческой акустики Национальной
академии наук Беларуси" (BY)
(72) Авторы: Мозжаров Сергей Евгеньевич;
Шут Виктор Николаевич; Кашевич
Ирина Федоровна (BY)
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение "Институт техни-
ческой акустики Национальной акаде-
мии наук Беларуси" (BY)
(57)
Устройство для выращивания кристаллов, содержащее термостат, сосуд с кристалли-
зующейся жидкостью, систему программного управления и кристаллодержатель, отли-
чающееся тем, что оно дополнительно включает механизм погружения кристаллодер-
жателя с прикрепленным к нему кристаллом в раствор и перемещения кристалло-
держателя по кругу в горизонтальной плоскости, а сосуд с кристаллизующейся
жидкостью выполнен в виде емкости, разделенной перегородками на четыре отдельных
секции, попарно заполненные различной по составу кристаллизующейся жидкостью.
(56)
1. А.с. СССР 163158, МПК B 01d, опубл. 22.06.1964.
2. Патент РБ 5048, МПК (2006) C 30B 7/00, C 30B 35/00, опубл. 28.02.2009.
Фиг. 1
Полезная модель относится к области выращивания кристаллов из растворов, в част-
ности к устройствам их получения, и может быть использована для получения пьезоэлек-
BY6573U2010.10.30

2. BY 6573 U 2010.10.30
2
трических, пироэлектрических, электрооптических и других технически важных кристал-
лов, имеющих слоистую, периодическую структуру.
Известно устройство для выращивания слоистых монокристаллов из расплавов (рас-
творов) методом последовательного наращивания кристаллических слоев на затравку.
Устройство содержит электрическую печь с двумя самостоятельно регулируемыми нагре-
вателями и механизм для погружения кристалла в расплав и выдержки его в зоне кристал-
лизации. Этот механизм представляет собой эксцентрик, закрепленный на оси редуктора.
Вращаясь, эксцентрик сообщает возвратно-поступательное движение штоку, на котором
закреплен кристалл-затравка. Наращивание слоев производят кратковременным погруже-
нием затравки в перегретый расплав (раствор) с последующим переносом ее в зону кри-
сталлизации, в которой затравку выдерживают столько времени, сколько необходимо для
полной кристаллизации жидкого слоя. В случае кристаллизации из раствора продолжи-
тельность выдержки должна быть достаточной для улетучивания растворителя [1].
Применение указанного устройства для выращивания кристаллов из водных растворов
не позволяет получить качественные периодические структуры, так как здесь не соблюда-
ется постоянство температурного режима роста и пересыщения растворов, поскольку рост
идет за счет неконтролируемого испарения растворителя.
Наиболее близким по технической сущности к полезной модели является устройство
для выращивания кристаллов, содержащее термостат, сосуд с кристаллизующейся жидко-
стью, систему программного управления и кристаллодержатель [2].
Указанное устройство обеспечивает выращивание качественных кристаллов из рас-
творов методом изменения температуры.
Существенным недостатком этого устройства является то, что оно в силу присущих
ему конструктивных особенностей обладает ограниченной областью применения, так как
не позволяет получить кристаллы со слоистой, периодической структурой.
Технической задачей, на решение которой направлена полезная модель, является со-
здание устройства, обладающего расширенной областью применения и обеспечивающего
возможность выращивания из раствора кристаллов со слоистой, периодической структурой.
Поставленная техническая задача решается тем, что при использовании существенных
признаков известного устройства для выращивания кристаллов, которое содержит термо-
стат, сосуд с кристаллизующейся жидкостью, систему программного управления и кри-
сталлодержатель, в соответствии с полезной моделью, оно дополнительно включает
механизм погружения кристаллодержателя с прикрепленным к нему кристаллом в раствор
и перемещения кристаллодержателя по кругу в горизонтальной плоскости, а сосуд с кри-
сталлизующейся жидкостью выполнен в виде емкости, разделенной перегородками на че-
тыре отдельных секции, попарно заполненные различной по составу кристаллизующейся
жидкостью. Программное управление обеспечивает движение кристаллодержателя по
определенному алгоритму.
Сущность полезной модели поясняется прилагаемыми чертежами, где на фиг. 1 пред-
ставлена схема устройства для выращивания кристаллов, имеющих слоистую, периодиче-
скую структуру, а на фиг. 2 - схема механизма, обеспечивающего движение
кристаллодержателя по заданной траектории.
Устройство для выращивания кристаллов, имеющих слоистую, периодическую струк-
туру (см. фиг. 1), содержит сосуд (1) с кристаллизуемой жидкостью, разделенный перего-
родками (2) на четыре секции, причем секции (1.a) и (1.d) заполнены кристаллизующейся
жидкостью одного состава, а (1.b) и (1.c) другого; кристаллодержатель (3) с затравочным
кристаллом; термостат(4), механизм (5), обеспечивающий погружение кристаллодержате-
ля с прикрепленным к нему кристаллом в раствор, а также перемещение кристаллодержа-
теля по кругу в горизонтальной плоскости и систему программного управления (6),
посредством которой обеспечивается движение кристаллодержателя по определенному
алгоритму.

3. BY 6573 U 2010.10.30
3
Механизм для перемещения кристаллодержателя (фиг. 2) содержит два программно-
управляемых электродвигателя (7, 8). Двигатель (7) посредством системы винт-гайка пе-
ремещает шток (9), который, упираясь в одно плечо рычага (10), обеспечивает подъем и
опускание шарнирно закрепленного на другом конце рычага кристаллодержателя (11) с
кристаллом (12). Двигатель (8) вращает корпус (13), в котором закреплен рычаг (10), и тем
самым обеспечивает поворот кристаллодержателя. Включение двигателей осуществляется
программным управлением.
Приведенные выше конструктивные особенности устройства, как показано ниже при
описании его работы при выращивании кристаллов, имеющих слоистую, периодическую
структуру, позволяют, в отличие от прототипа, обеспечить достижение поставленной тех-
нической цели.
Предлагаемое устройство работает следующим образом. В секцию (1.a) сосуда (1)
(фиг. 1) помещают кристаллодержатель (3) с затравочным кристаллом, заполняют секции
(1.a) и (1.d) сосуда (1) кристаллизуемой жидкостью одного состава, а секции (1.b) и (1.c)
сосуда (1) кристаллизуемой жидкостью другого состава так, чтобы уровень жидкости был
ниже перегородки (2). После заполнения создают условия переохлаждения (пересыщения)
кристаллизуемой жидкости, регулируя температуру термостата (5). Затем включают си-
стему программного управления (6) механизма перемещения кристаллодержателя (5).
Рост кристалла осуществляется в секциях (1.a) и (1.c) сосуда (1). Программное управление
обеспечивает выдержку кристалла в этих секциях для наращивания слоя определенной
толщины. В секциях (1.b) и (1.d) сосуда (1) осуществляется промывка кристалла кристал-
лизующейся жидкостью того состава, в котором затем будет проводиться наращивание
слоя. В целом алгоритм работы программного управления следующий: выдержка кри-
сталла в кристаллизующейся жидкости - подъем кристалла - поворот на 90 градусов по
часовой стрелке - опускание кристалла в жидкость - подъем кристалла - поворот на 90
градусов по часовой стрелке - опускание кристалла в жидкость и снова выдержка кри-
сталла в кристаллизующейся жидкости другого состава.
С помощью заявляемого устройства выращивался кристалл триглицинсульфата (TGS).
В качестве кристаллизуемой жидкости одного состава использовался раствор TGS, а в ка-
честве кристаллизуемой жидкости второго состава - раствор TGS и хромовокалиевых
квасцов (концентрация хромовокалиевых квасцов - 50 г на 100 мл раствора TGS). В ре-
зультате получен кристалл TGS с качественной периодической структурой.
Предложенная конструкция устройства может быть использована для выращивания
пьезоэлектрических, пироэлектрических, электрооптических и других технически важных
кристаллов, имеющих слоистую, периодическую структуру из растворов.
Фиг. 2
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.