RU2732334C1 - Осевой неразгруженный компенсатор - Google Patents
Осевой неразгруженный компенсатор Download PDFInfo
- Publication number
- RU2732334C1 RU2732334C1 RU2020108500A RU2020108500A RU2732334C1 RU 2732334 C1 RU2732334 C1 RU 2732334C1 RU 2020108500 A RU2020108500 A RU 2020108500A RU 2020108500 A RU2020108500 A RU 2020108500A RU 2732334 C1 RU2732334 C1 RU 2732334C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- spring
- cylindrical
- compensator
- pistons
- crystals
- Prior art date
Links
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims abstract description 22
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims abstract description 11
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 230000005486 microgravity Effects 0.000 claims abstract description 8
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 150000004770 chalcogenides Chemical class 0.000 abstract description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 5
- 230000008018 melting Effects 0.000 abstract description 4
- 238000002844 melting Methods 0.000 abstract description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 4
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000003708 ampul Substances 0.000 description 10
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 7
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 7
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 7
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 6
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 3
- ZZEMEJKDTZOXOI-UHFFFAOYSA-N digallium;selenium(2-) Chemical compound [Ga+3].[Ga+3].[Se-2].[Se-2].[Se-2] ZZEMEJKDTZOXOI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910004613 CdTe Inorganic materials 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 description 1
- -1 cadmium chalcogenides Chemical class 0.000 description 1
- CEKJAYFBQARQNG-UHFFFAOYSA-N cadmium zinc Chemical compound [Zn].[Cd] CEKJAYFBQARQNG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000007770 graphite material Substances 0.000 description 1
- SBIBMFFZSBJNJF-UHFFFAOYSA-N selenium;zinc Chemical compound [Se]=[Zn] SBIBMFFZSBJNJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 229910052714 tellurium Inorganic materials 0.000 description 1
- PORWMNRCUJJQNO-UHFFFAOYSA-N tellurium atom Chemical compound [Te] PORWMNRCUJJQNO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B11/00—Single-crystal growth by normal freezing or freezing under temperature gradient, e.g. Bridgman-Stockbarger method
- C30B11/002—Crucibles or containers for supporting the melt
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B13/00—Single-crystal growth by zone-melting; Refining by zone-melting
- C30B13/14—Crucibles or vessels
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
- C30B29/46—Sulfur-, selenium- or tellurium-containing compounds
- C30B29/48—AIIBVI compounds wherein A is Zn, Cd or Hg, and B is S, Se or Te
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B30/00—Production of single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the action of electric or magnetic fields, wave energy or other specific physical conditions
- C30B30/08—Production of single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the action of electric or magnetic fields, wave energy or other specific physical conditions in conditions of zero-gravity or low gravity
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B35/00—Apparatus not otherwise provided for, specially adapted for the growth, production or after-treatment of single crystals or of a homogeneous polycrystalline material with defined structure
- C30B35/002—Crucibles or containers
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
Изобретение относится к технологическому оборудованию, предназначенному для выращивания кристаллов халькогенидов в условиях микрогравитации – важном направлении в космическом материаловедении. Осевой компенсатор пружинно-поршневого типа содержит неразгруженный компенсирующий элемент, выполненный в виде винтовой цилиндрической графитовой пружины 1, размещенной между двумя цилиндрическими поршнями 2 из кварцевого стекла так, что цилиндрические штоки 3 поршней 2 являются центрирующими элементами для пружины 1. Конструкция компенсатора обеспечивает неоднократное срабатывание для компенсации нагрузок, возникающих при старте ракеты-носителя, при увеличении объема загрузки в ампулах при ее плавлении или растворении в расплаве, при посадке спускаемого аппарата с ампулами, содержащими выращенные кристаллы. 2 ил.
Description
Выращивание кристаллов в условиях микрогравитации - важное направление в быстро развивающемся космическом материаловедении.
Предлагаемое изобретение относится к технологическому оборудованию, предназначенному для выращивания кристаллов халькогенидов металлов в условиях микрогравитации.
Выращивание кристаллов халькогенидов металлов на борту космических аппаратов производится в герметичных ампулах, так как многие соединения этой группы имеют высокие давления собственных паров в точках плавления или при близких к ним температурах. Многие халькогениды металлов частично разлагаются при испарении; образующиеся пары компонентов химически агрессивны. Поэтому в конструкциях ампул применяются материалы, инертные к расплавам и парам халькогенидов металлов и их компонентов. В основном это кварцевое стекло и углеграфитовые материалы.
При выращивании кристаллов халькогенидов металлов в космосе загрузка ампул и выращенные кристаллы подвергаются существенным нагрузкам при взлете ракеты-носителя и при посадке спускаемого аппарата. Для сохранения загрузок и выращенных кристаллов необходимо компенсировать такие нагрузки. Кроме того, многие халькогениды металлов, например, халькогениды цинка и кадмия, имеют отрицательные объемные эффекты кристаллизации (от - 0,6% для CdTe до - 13,0% для ZnSe), что необходимо учитывать при конструировании ампул, предназначенных для выращивания кристаллов из расплава или раствора в расплаве, предусматривая в таких устройствах компенсацию изменения объема при плавлении или растворении в расплаве.
Известен демпфирующий элемент [Левченко А.А., Колесников Н.Н., Борисенко Д.Н. Ампула для выращивания кристаллов в условиях микрогравитации. Патент РФ на изобретение №2547758, опубл. 10.04.2015, Бюл. №10] - аналог, размещаемый в ампулах для выращивания кристаллов селенида галлия (GaSe) в условиях микрогравитации и представляющий собой шайбу из углеграфитового войлока. Основной недостаток такого устройства состоит в том, что оно, по существу, представляет собой стартовый компенсатор, то есть компенсатор, срабатывающий однократно при приложении нагрузки. Упругости углеграфитового войлока недостаточно для восстановления исходной формы компенсатора после приложения значительной нагрузки.
Наиболее близким к заявляемому устройству по своей технической сущности является осевой компенсатор для выращивания кристаллов в условиях микрогравитации с компенсирующим элементом, выполненным в виде винтовой цилиндрической пружины и цилиндрического поршня с цилиндрическим штоком [G.W. Knowles. Ampoule for crystal growth. Pat. US 5205997 A, 1993] - прототип. Основной недостаток такого устройства состоит в том, что одна сторона пружины свободно опирается на неподвижный металлический упор. В процессе выращивания кристалла в такой конструкции возможен перекос пружины, так как все детали устройства выполнены из материалов с разным коэффициентом термического расширения, а компенсатор в целом работает под нагрузкой. При возникновении перекоса пружины компенсатор не будет выполнять свои функции, повторное срабатывание компенсатора будет невозможно.
Задачей предлагаемого устройства является создание компенсатора, размещаемого в ампулах для выращивания кристаллов в условиях микрогравитации, и позволяющего неоднократное срабатывание для компенсации нагрузок, возникающих при старте ракеты-носителя, при увеличении объема загрузки в ампулах при ее плавлении или растворении в расплаве, при посадке спускаемого аппарата с ампулами, содержащими выращенные кристаллы.
Поставленная задача решается применением осевого компенсатора с графитовым компенсирующим элементом, причем компенсатор выполнен в виде винтовой цилиндрической графитовой пружины сжатия, размещенной между двумя цилиндрическими поршнями из кварцевого стекла так, что цилиндрические штоки поршней являются центрирующими элементами для пружины.
Технический результат достигается тем, что винтовая цилиндрическая графитовая пружина сжатия позволяет неоднократное срабатывание для компенсации нагрузок.
Конструкция компенсатора представлена на чертеже Фиг. 1, где 1 - винтовая цилиндрическая графитовая пружина сжатия, 2 - цилиндрические поршни из кварцевого стекла, 3 - цилиндрические штоки поршней.
Сборка компенсатора производится следующим образом. Штоки поршней вставляются в отверстие винтовой цилиндрической пружины сжатия с двух сторон, как показано на Фиг. 1. После сборки устройство размещается в цилиндрической ампуле для выращивания кристаллов. Размещение компенсатора в ампуле показано на чертеже Фиг. 2 на примере ампулы для выращивания кристалла методом движущейся зоны растворителя. На Фиг. 2 цифрами обозначены следующие позиции: 1 - винтовая цилиндрическая графитовая пружина сжатия, 2 - цилиндрические поршни из кварцевого стекла, 3 - цилиндрические штоки поршней, 4 - часть загрузки, являющаяся питающим слитком, 5 - часть загрузки, являющаяся зоной растворителя (исходно находящейся в твердом состоянии), 6 - часть загрузки, являющаяся затравкой для роста кристалла, 7 - ампула из кварцевого стекла, герметично закрытая пробкой 8.
Назначение элементов осевого компенсатора: винтовая цилиндрическая графитовая пружина сжатия (1) является компенсирующим элементом; цилиндрические поршни (2) обеспечивают скольжение по внутренней поверхности ампулы при сжатии или растяжении пружины; цилиндрические штоки поршней (3) обеспечивают центровку пружины и фиксируют ее на поршнях.
Предлагаемый осевой компенсатор работает следующим образом. Ампула (7), в сборе с загрузкой и герметично закрытая пробкой (8), размещается в технологической установке, отправляемой на околоземную орбиту, так, чтобы нагрузки, возникающие при старте ракеты-носителя, при увеличении объема загрузки в ампулах при ее плавлении или растворении в расплаве, при посадке спускаемого аппарата с ампулами, содержащими выращенные кристаллы, носили преимущественно осевой характер, то есть были направлены перпендикулярно плоскостям цилиндрических поршней компенсатора (2). При возникновении нагрузки винтовая цилиндрическая графитовая пружина (1) сжимается, при этом поршни из кварцевого стекла (2) обеспечивают эквивалентное сжатию пружины перемещение компенсатора за счет скольжения по внутренней поверхности ампулы (7). При снятии нагрузки пружина (1) возвращается в исходное состояние.
Осевой компенсатор успешно прошел наземную отработку космических экспериментов по выращиванию кристаллов теллурида цинка-кадмия методом движущейся зоны растворителя, в качестве которого использовали теллур.
Claims (1)
- Осевой компенсатор для выращивания кристаллов в условиях микрогравитации с компенсирующим элементом, выполненным в виде винтовой цилиндрической пружины и цилиндрического поршня с цилиндрическим штоком, отличающийся тем, что пружина неразгруженного компенсирующего элемента выполнена из графита и размещена между двумя цилиндрическими поршнями из кварцевого стекла так, что цилиндрические штоки поршней являются центрирующими элементами для пружины.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020108500A RU2732334C1 (ru) | 2020-02-26 | 2020-02-26 | Осевой неразгруженный компенсатор |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020108500A RU2732334C1 (ru) | 2020-02-26 | 2020-02-26 | Осевой неразгруженный компенсатор |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2732334C1 true RU2732334C1 (ru) | 2020-09-15 |
Family
ID=72516533
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020108500A RU2732334C1 (ru) | 2020-02-26 | 2020-02-26 | Осевой неразгруженный компенсатор |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2732334C1 (ru) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4740264A (en) * | 1986-10-29 | 1988-04-26 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Liquid encapsulated float zone process and apparatus |
| US5205997A (en) * | 1989-07-31 | 1993-04-27 | Grumman Aerospace Corporation | Ampoule for crystal growth |
| RU2547758C1 (ru) * | 2014-02-13 | 2015-04-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики твердого тела Российской академии наук (ИФТТ РАН) | Ампула для выращивания кристаллов в условиях микрогравитации |
-
2020
- 2020-02-26 RU RU2020108500A patent/RU2732334C1/ru active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4740264A (en) * | 1986-10-29 | 1988-04-26 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Liquid encapsulated float zone process and apparatus |
| US5205997A (en) * | 1989-07-31 | 1993-04-27 | Grumman Aerospace Corporation | Ampoule for crystal growth |
| RU2547758C1 (ru) * | 2014-02-13 | 2015-04-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики твердого тела Российской академии наук (ИФТТ РАН) | Ампула для выращивания кристаллов в условиях микрогравитации |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| ARNOLD W. A. et al., Three-Dimensional Flow Transport Modes in Directional Solidification During Space Processing, "J. SPACECRAFT", 1991, Vol. 28, No. 2, pp 238-243. * |
| ARNOLD W. A. et al., Three-Dimensional Flow Transport Modes in Directional Solidification During Space Processing, "J. SPACECRAFT", 1991, Vol. 28, No. 2, pp 238-243. OSTROGORSKYA A.G. et al., Reproducible Te-doped InSb experiments in Microgravity Science Glovebox at the International Space Station, "Journal of Crystal Growth", 2008, 310, 364-371. * |
| OSTROGORSKYA A.G. et al., Reproducible Te-doped InSb experiments in Microgravity Science Glovebox at the International Space Station, "Journal of Crystal Growth", 2008, 310, 364-371. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2732334C1 (ru) | Осевой неразгруженный компенсатор | |
| Triboulet | CdTe And CdTe: Hg alloys crystal growth using stoichiometric and off-stoichiometric zone passing techniques | |
| McCarter et al. | Isotropic behavior of an anisotropic material: single crystal silicon | |
| RU2547758C1 (ru) | Ампула для выращивания кристаллов в условиях микрогравитации | |
| Rubinstein et al. | Long-term purity assessment in succinonitrile | |
| US6673647B2 (en) | Method for growing a solid type II-VI semiconductor material | |
| US5023058A (en) | Ampoule for crystal-growing furnace | |
| US4740264A (en) | Liquid encapsulated float zone process and apparatus | |
| Cröll et al. | Floating‐zone growth of GaAs under microgravity during the D2‐mission | |
| US4869776A (en) | Method for the growth of a compound semiconductor crystal | |
| Torres et al. | Experimental and analytical techniques for studying ZBLAN crystallization in microgravity | |
| Omaly et al. | Mass transport, nucleation and monocrystal growth of HgI2 with the forced flux method | |
| US3460998A (en) | Process of growing a single crystal utilizing differences in chemical potential | |
| Ostrogorsk et al. | Crystal Growth in the SUBSA furnace at the International Space Station (ISS) | |
| Weaver et al. | Developments in ultra-stable quartz oscillators for deep space reliability | |
| Debe | Industrial materials processing experiments on board the Space Shuttle Orbiter | |
| Su et al. | Growth of Ternary Compound Semiconductors (GTCS) | |
| Kodama et al. | Compositional variation in AlGaAs crystals grown by LPE under microgravity and terrestrial conditions | |
| RU2155830C2 (ru) | Способ приготовления шихты для получения твердых растворов халькогенидов свинца и олова парофазными методами | |
| met Neptune | Quantum gases trapped in 3D | |
| Pool | Turning Down the Heat on Thin Films: Superconducting thin films will be essential to any practical application of superconductivity to microelectronics. Scientists have now succeeded in putting these thin films onto silicon, which is the base element in most integrated circuits. | |
| Mar | The centre cannot hold | |
| Smith et al. | Space processing applications payload equipment study. Volume 2A: Experiment requirements | |
| Holland | Combined distillation and normal freezing to purify elements of groups II and VI | |
| Pellis et al. | Space Biology Facilities: An Overview |