नीलम एक कठोर, पहनने के लिए प्रतिरोधी और उच्च पिघलने वाले तापमान के साथ मजबूत सामग्री है, यह रासायनिक रूप से व्यापक रूप से निष्क्रिय है, और यह दिलचस्प ऑप्टिकल गुण दिखाता है। इसलिए, नीलम का उपयोग कई तकनीकी अनुप्रयोगों के लिए किया जाता है जहां मुख्य उद्योग क्षेत्र प्रकाशिकी और इलेक्ट्रॉनिक्स हैं। आज औद्योगिक नीलमणि का सबसे बड़ा हिस्सा एलईडी और सेमीकंडक्टर उत्पादन के लिए एक सब्सट्रेट के रूप में उपयोग किया जाता है, इसके बाद कुछ उदाहरणों के नाम पर, घड़ियों, मोबाइल फोन भागों या बार कोड स्कैनर के लिए विंडोज़ के रूप में उपयोग किया जाता है [1]। आज, नीलमणि एकल क्रिस्टल विकसित करने के विभिन्न तरीके उपलब्ध हैं, एक अच्छा अवलोकन उदाहरण के लिए [1, 2] में पाया जा सकता है। हालाँकि, तीन बढ़ती विधियां किरोपोलोस प्रक्रिया (केवाई), हीट-एक्सचेंज विधि (एचईएम) और एज-डिफाइंड फिल्म-फेड ग्रोथ (ईएफजी) दुनिया भर में नीलमणि उत्पादन क्षमताओं का 90% से अधिक के लिए जिम्मेदार हैं।

कृत्रिम रूप से उत्पादित क्रिस्टल का पहला प्रयास 1877 में छोटे रूबी एकल क्रिस्टल के लिए किया गया था [2]। 1926 में आसानी से किरोपोलोस प्रक्रिया का आविष्कार किया गया था। यह वैक्यूम में काम करता है और बहुत उच्च गुणवत्ता के बड़े बेलनाकार आकार के गुलदस्ते का उत्पादन करने की अनुमति देता है। नीलमणि उगाने की एक और दिलचस्प विधि किनारे-परिभाषित फिल्म-आधारित विकास है। ईएफजी तकनीक एक केशिका चैनल पर आधारित है जो तरल-पिघल से भरा होता है और छड़, ट्यूब या शीट (जिन्हें रिबन भी कहा जाता है) जैसे आकार के नीलमणि क्रिस्टल को विकसित करने की अनुमति देता है। इन तरीकों के विपरीत, 1960 के दशक के अंत में जन्मी हीट-एक्सचेंज विधि, नीचे से परिभाषित गर्मी निष्कर्षण द्वारा क्रूसिबल के आकार में एक काते हुए क्रूसिबल के अंदर बड़े नीलमणि गुलदस्ते को विकसित करने की अनुमति देती है। क्योंकि नीलमणि का गुलदस्ता बढ़ने की प्रक्रिया के अंत में क्रूसिबल से चिपक जाता है, गुलदस्ते ठंडा होने की प्रक्रिया में टूट सकते हैं और क्रूसिबल का उपयोग केवल एक बार किया जा सकता है।
इनमें से किसी भी नीलमणि क्रिस्टल बढ़ती प्रौद्योगिकियों में आम बात यह है कि मुख्य घटकों - विशेष रूप से क्रूसिबल - को उच्च तापमान वाली दुर्दम्य धातुओं की आवश्यकता होती है। बढ़ने की विधि के आधार पर क्रूसिबल मोलिब्डेनम या टंगस्टन से बने होते हैं, लेकिन धातुओं का व्यापक रूप से प्रतिरोध हीटर, डाई-पैक और हॉट-ज़ोन ढाल के लिए भी उपयोग किया जाता है [1]। हालाँकि, इस पेपर में हम अपनी चर्चा केवाई और ईएफजी से संबंधित विषयों पर केंद्रित करते हैं क्योंकि इन प्रक्रियाओं में प्रेस्ड-सिन्डर्ड क्रूसिबल का उपयोग किया जाता है।
इस रिपोर्ट में हम मोलिब्डेनम (एमओ), टंगस्टन (डब्ल्यू) और इसके मिश्र धातुओं (एमओडब्ल्यू) जैसी दबाई गई सामग्री की सतह कंडीशनिंग पर सामग्री लक्षण वर्णन अध्ययन और जांच प्रस्तुत करते हैं। पहले भाग में हमारा ध्यान उच्च तापमान यांत्रिक डेटा और नमनीय से भंगुर संक्रमण तापमान पर केंद्रित है। यांत्रिक गुणों के पूरक के रूप में हमने थर्मो-भौतिक गुणों, यानी थर्मल विस्तार और थर्मल चालकता के गुणांक का अध्ययन किया है। दूसरे भाग में हम विशेष रूप से एल्यूमिना पिघल से भरे क्रूसिबल के प्रतिरोध में सुधार करने के लिए सतह कंडीशनिंग तकनीक पर अध्ययन प्रस्तुत करते हैं। तीसरे भाग में हम 2100 डिग्री सेल्सियस पर दुर्दम्य धातुओं पर तरल एल्यूमिना के गीलेपन के कोणों के माप पर रिपोर्ट करते हैं। हमने Mo, W और MoW25 मिश्र धातु (75 wt.% मोलिब्डेनम, 25 wt.% टंगस्टन) पर पिघल-बूंद प्रयोग किए और विभिन्न वायुमंडलीय स्थितियों पर निर्भरता का अध्ययन किया। हमारी जांच के परिणामस्वरूप हम MoW को नीलम विकास प्रौद्योगिकियों में एक दिलचस्प सामग्री और शुद्ध मोलिब्डेनम और टंगस्टन के संभावित विकल्प के रूप में प्रस्तावित करते हैं।
उच्च तापमान यांत्रिक और थर्मो-भौतिक गुण
नीलमणि क्रिस्टल विकास विधियां केवाई और ईएफजी विश्व की नीलमणि मात्रा हिस्सेदारी के 85% से अधिक के लिए आसानी से काम करती हैं। दोनों तरीकों में, तरल एल्यूमिना को दबाए गए-सिन्डर्ड क्रूसिबल में रखा जाता है, जो आमतौर पर केवाई प्रक्रिया के लिए टंगस्टन से बना होता है और ईएफजी प्रक्रिया के लिए मोलिब्डेनम से बना होता है। इन बढ़ती प्रक्रियाओं के लिए क्रूसिबल महत्वपूर्ण सिस्टम भाग हैं। केवाई प्रक्रिया में टंगस्टन क्रूसिबल की लागत को संभवतः कम करने के साथ-साथ ईएफजी प्रक्रिया में मोलिब्डेनम क्रूसिबल के जीवनकाल को बढ़ाने के विचार को ध्यान में रखते हुए, हमने अतिरिक्त रूप से दो MoW मिश्र धातु का उत्पादन और परीक्षण किया, यानी MoW30 जिसमें 70 wt.% Mo और 30 wt शामिल हैं। % W और MoW50 में प्रत्येक में 50 wt.% Mo और W शामिल हैं।
सभी सामग्री लक्षण वर्णन अध्ययनों के लिए हमने Mo, MoW30, MoW50 और W के प्रेस्ड-सिन्डर्ड सिल्लियां तैयार कीं। तालिका I प्रारंभिक सामग्री अवस्थाओं के अनुरूप घनत्व और औसत अनाज के आकार को दर्शाती है।

तालिका I: यांत्रिक और थर्मो-भौतिक गुणों पर माप के लिए उपयोग की जाने वाली दबाए गए-सिंटेड सामग्रियों का सारांश। तालिका सामग्रियों की प्रारंभिक अवस्थाओं के घनत्व और औसत अनाज के आकार को दर्शाती है

क्योंकि क्रूसिबल लंबे समय तक उच्च तापमान के संपर्क में रहते हैं, इसलिए हमने विशेष रूप से 1000 डिग्री सेल्सियस और 2100 डिग्री सेल्सियस के बीच उच्च तापमान रेंज में विस्तृत तन्य परीक्षण किए। चित्र 1 Mo, MoW30 और MoW50 के लिए इन परिणामों को सारांशित करता है जहां 0.2% उपज शक्ति (Rp0.2) और फ्रैक्चर के लिए बढ़ाव (A) दिखाया गया है। तुलना के लिए, दबाए गए-सिन्डर्ड डब्ल्यू का एक डेटा बिंदु 2100 डिग्री सेल्सियस पर इंगित किया गया है।
मोलिब्डेनम में आदर्श ठोस-घुलनशील टंगस्टन के लिए शुद्ध मो सामग्री की तुलना में Rp0.2 बढ़ने की उम्मीद है। 1800 डिग्री सेल्सियस तक के तापमान के लिए दोनों MoW मिश्रधातुएँ Mo की तुलना में कम से कम 2 गुना अधिक Rp0.2 दिखाती हैं, चित्र 1(a) देखें। उच्च तापमान के लिए केवल MoW50 उल्लेखनीय रूप से बेहतर Rp0.2 दिखाता है। प्रेस्ड-सिन्डर्ड डब्ल्यू 2100 डिग्री सेल्सियस पर उच्चतम Rp0.2 दिखाता है। तन्यता परीक्षणों से ए का भी पता चलता है जैसा कि चित्र 1(बी) में दिखाया गया है। दोनों MoW मिश्रधातुएँ फ्रैक्चर मानों के समान बढ़ाव दिखाती हैं जो आम तौर पर Mo के आधे मान हैं। 2100 डिग्री सेल्सियस पर टंगस्टन का अपेक्षाकृत उच्च A, Mo की तुलना में इसकी अधिक महीन दाने वाली संरचना के कारण होना चाहिए।
दबाए गए-सिंटेड मोलिब्डेनम टंगस्टन मिश्र धातुओं के लचीले से भंगुर संक्रमण तापमान (डीबीटीटी) को निर्धारित करने के लिए, विभिन्न परीक्षण तापमानों पर झुकने वाले कोण पर माप भी आयोजित किए गए थे। परिणाम चित्र 2 में दिखाए गए हैं। टंगस्टन सामग्री बढ़ने के साथ डीबीटीटी बढ़ता है। जबकि Mo का DBTT लगभग 250 °C पर अपेक्षाकृत कम है, मिश्र धातु MoW30 और MoW50 क्रमशः लगभग 450 °C और 550 °C का DBTT दिखाते हैं।

यांत्रिक लक्षण वर्णन के पूरक के रूप में हमने थर्मो-भौतिक गुणों का भी अध्ययन किया। थर्मल विस्तार के गुणांक (सीटीई) को Ø5 मिमी और 25 मिमी लंबाई वाले नमूने का उपयोग करके 1600 डिग्री सेल्सियस तक के तापमान रेंज में एक पुश-रॉड डिलेटोमीटर [3] में मापा गया था। सीटीई माप को चित्र 3 में दर्शाया गया है। सभी सामग्रियां बढ़ते तापमान के साथ सीटीई की बहुत समान निर्भरता दिखाती हैं। मिश्र धातु MoW30 और MoW50 के लिए CTE मान Mo और W के मानों के बीच हैं। क्योंकि दबाए गए-सिन्डर्ड सामग्रियों की अवशिष्ट सरंध्रता असंगत है और छोटे व्यक्तिगत छिद्रों के साथ, प्राप्त CTE उच्च-घनत्व सामग्री जैसे शीट और के समान है छड़ें [4]।
लेजर फ्लैश विधि [5, 6] का उपयोग करके Ø12.7 मिमी और 3.5 मिमी मोटाई के साथ नमूने की थर्मल प्रसार और विशिष्ट गर्मी दोनों को मापकर दबाए गए-सिंटेड सामग्रियों की तापीय चालकता प्राप्त की गई थी। आइसोट्रोपिक सामग्रियों के लिए, जैसे दबाए गए-सिन्डर्ड सामग्रियों के लिए, विशिष्ट गर्मी को उसी विधि से मापा जा सकता है। माप 25 डिग्री सेल्सियस और 1000 डिग्री सेल्सियस के बीच तापमान सीमा में लिया गया है। तापीय चालकता की गणना करने के लिए हमने तालिका I में दिखाए गए अनुसार सामग्री घनत्व का उपयोग किया और तापमान स्वतंत्र घनत्व मान लिया। चित्र 4 दबाए गए-सिन्डर्ड Mo, MoW30, MoW50 और W के लिए परिणामी तापीय चालकता को दर्शाता है। तापीय चालकता

जांच किए गए सभी तापमानों के लिए MoW मिश्रधातु की मात्रा 100 W/mK से कम है और शुद्ध मोलिब्डेनम और टंगस्टन की तुलना में बहुत कम है। इसके अलावा, बढ़ते तापमान के साथ Mo और W की चालकता कम हो जाती है जबकि MoW मिश्र धातु की चालकता बढ़ते तापमान के साथ बढ़ते मूल्यों को इंगित करती है।
इस कार्य में इस अंतर के कारण की जांच नहीं की गई है और यह भविष्य की जांच का हिस्सा होगा। यह ज्ञात है कि धातुओं के लिए कम तापमान पर तापीय चालकता का प्रमुख हिस्सा फोनन योगदान होता है जबकि उच्च तापमान पर इलेक्ट्रॉन गैस तापीय चालकता पर हावी होती है [7]। फ़ोनन भौतिक अपूर्णताओं और दोषों से प्रभावित होते हैं। हालाँकि, निम्न तापमान सीमा में तापीय चालकता में वृद्धि न केवल MoW मिश्र धातुओं के लिए बल्कि अन्य ठोस-समाधान सामग्री जैसे कि टंगस्टन-रेनियम [8] के लिए भी देखी जाती है, जहाँ इलेक्ट्रॉन योगदान एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है।
यांत्रिक और थर्मो-भौतिक गुणों की तुलना से पता चलता है कि MoW नीलम अनुप्रयोगों के लिए एक दिलचस्प सामग्री है। उच्च तापमान> 2000 डिग्री सेल्सियस के लिए उपज शक्ति मोलिब्डेनम की तुलना में अधिक है और क्रूसिबल का लंबा जीवनकाल संभव होना चाहिए। हालाँकि, सामग्री अधिक भंगुर हो जाती है और मशीनिंग और हैंडलिंग को समायोजित किया जाना चाहिए। जैसा कि चित्र 4 में दिखाया गया है, प्रेस्ड-सिन्डर्ड एमओडब्ल्यू की काफी कम तापीय चालकता इंगित करती है कि बढ़ती भट्टी के अनुकूलित ताप-अप और कूल-डाउन पैरामीटर आवश्यक हो सकते हैं। विशेष रूप से हीट-अप चरण में, जहां एल्यूमिना को क्रूसिबल में पिघलाने की आवश्यकता होती है, क्रूसिबल द्वारा ही गर्मी को उसके कच्चे भराव सामग्री तक पहुंचाया जाता है। क्रूसिबल में उच्च तापीय तनाव से बचने के लिए MoW की कम तापीय चालकता पर विचार किया जाना चाहिए। एचईएम क्रिस्टल उगाने की विधि के संदर्भ में एमओडब्ल्यू मिश्र धातुओं के सीटीई मूल्यों की सीमा दिलचस्प है। जैसा कि संदर्भ में चर्चा की गई है [9] मो का सीटीई कूल डाउन चरण में नीलमणि की क्लैंपिंग का कारण बन रहा है। इसलिए, MoW मिश्र धातु का कम CTE HEM प्रक्रिया के लिए पुन: प्रयोज्य स्पन क्रूसिबल को साकार करने की कुंजी हो सकता है।
दबायी गयी-सिन्डर्ड दुर्दम्य धातुओं की सतह कंडीशनिंग
जैसा कि परिचय में चर्चा की गई है, प्रेस्ड-सिन्डर्ड क्रूसिबल का उपयोग अक्सर नीलमणि क्रिस्टल विकास प्रक्रियाओं में गर्म करने और एल्यूमिना को 2050 डिग्री सेल्सियस से थोड़ा ऊपर पिघलाने के लिए किया जाता है। अंतिम नीलमणि क्रिस्टल गुणवत्ता के लिए एक महत्वपूर्ण आवश्यकता पिघल में अशुद्धियों और गैस के बुलबुले को यथासंभव कम रखना है। दबाए गए-सिन्डर्ड भागों में अवशिष्ट सरंध्रता होती है और एक महीन दाने वाली संरचना दिखाई देती है। बंद सरंध्रता वाली यह महीन दाने वाली संरचना विशेष रूप से ऑक्सीडिक पिघलने से धातु के बढ़े हुए क्षरण के प्रति नाजुक होती है। नीलमणि क्रिस्टल के लिए एक और समस्या पिघल के भीतर छोटे गैस बुलबुले हैं। गैस के बुलबुले का निर्माण पिघले हुए भाग के संपर्क में आने वाले दुर्दम्य भाग की सतह के खुरदरेपन में वृद्धि के कारण होता है।

दबायी गयी सामग्री की इन समस्याओं को दूर करने के लिए हम यांत्रिक सतह उपचार का उपयोग करते हैं। हमने एक दबाने वाले उपकरण के साथ विधि का परीक्षण किया जहां एक सिरेमिक उपकरण दबाए गए सिंटर वाले हिस्से के परिभाषित दबाव के तहत सतह पर काम कर रहा है [10]। इस सतह कंडीशनिंग के दौरान सतह पर प्रभावी दबाव तनाव सिरेमिक उपकरण की संपर्क सतह पर विपरीत रूप से निर्भर करता है। इस उपचार के साथ दबाए गए-सिन्डर्ड सामग्रियों की सतह पर स्थानीय रूप से एक उच्च दबाव तनाव लागू किया जा सकता है और सामग्री की सतह प्लास्टिक रूप से विकृत हो जाती है। चित्र 5 एक दबाए गए-सिन्डर्ड मोलिब्डेनम नमूने का एक उदाहरण दिखाता है जिस पर इस तकनीक के साथ काम किया गया है।
चित्र 6 गुणात्मक रूप से उपकरण के दबाव पर प्रभावी दबाव तनाव की निर्भरता को दर्शाता है। डेटा दबाए गए-सिन्डर्ड मोलिब्डेनम में उपकरण के स्थिर छापों के माप से प्राप्त किया गया था। रेखा हमारे मॉडल के अनुसार डेटा के फिट होने का प्रतिनिधित्व करती है।

चित्र 7 डिस्क के रूप में तैयार किए गए विभिन्न दबाए गए-सिन्डर्ड सामग्रियों के लिए उपकरण दबाव के एक फ़ंक्शन के रूप में सतह खुरदरापन और सतह कठोरता माप के लिए संक्षेपित विश्लेषण परिणामों को दिखाता है। जैसा कि चित्र 7(ए) में दिखाया गया है, उपचार के परिणामस्वरूप सतह सख्त हो जाती है। परीक्षण की गई दोनों सामग्रियों Mo और MoW30 की कठोरता लगभग 150% बढ़ गई है। उच्च उपकरण दबाव के लिए कठोरता आगे नहीं बढ़ रही है। चित्र 7(बी) से पता चलता है कि मो के लिए 0.1 माइक्रोन जितनी कम रा के साथ अत्यधिक चिकनी सतहें संभव हैं। उपकरण का दबाव बढ़ाने पर मो की खुरदरापन फिर से बढ़ जाती है। क्योंकि MoW30 (और W) Mo की तुलना में कठिन सामग्री हैं, MoW30 और W के प्राप्त Ra मान आम तौर पर Mo की तुलना में 2-3 गुना अधिक हैं। Mo के विपरीत, W की सतह का खुरदरापन भीतर उच्च उपकरण दबाव लगाने से कम हो जाता है। परीक्षण किया गया पैरामीटर रेंज.
वातानुकूलित सतहों के हमारे स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (एसईएम) अध्ययन सतह खुरदरापन के डेटा की पुष्टि करते हैं, चित्र 7(बी) देखें। जैसा कि चित्र 8(ए) में दर्शाया गया है, विशेष रूप से उच्च उपकरण दबाव से अनाज की सतह को नुकसान और माइक्रोक्रैक हो सकता है। बहुत अधिक सतह तनाव पर कंडीशनिंग से सतह से अनाज भी हट सकता है, चित्र 8(बी) देखें। कुछ मशीनिंग मापदंडों पर MoW और W के लिए भी इसी तरह के प्रभाव देखे जा सकते हैं।
सतह दाने की संरचना और उसके तापमान व्यवहार के संबंध में सतह कंडीशनिंग तकनीक के प्रभाव का अध्ययन करने के लिए, हमने Mo, MoW30 और W के तीन परीक्षण डिस्क से एनीलिंग नमूने तैयार किए।

नमूनों को 800 डिग्री सेल्सियस से 2000 डिग्री सेल्सियस के बीच विभिन्न परीक्षण तापमानों पर 2 घंटे तक उपचारित किया गया और प्रकाश माइक्रोस्कोपी विश्लेषण के लिए माइक्रोसेक्शन तैयार किए गए।
चित्र 9 दबाए गए-सिन्डर्ड मोलिब्डेनम के माइक्रोसेक्शन उदाहरण दिखाता है। उपचारित सतह की प्रारंभिक अवस्था चित्र 9(ए) में प्रस्तुत की गई है। सतह लगभग 200 माइक्रोन की सीमा के भीतर लगभग घनी परत दिखाती है। इस परत के नीचे सिंटरिंग छिद्रों के साथ एक विशिष्ट सामग्री संरचना दिखाई देती है, अवशिष्ट सरंध्रता लगभग 5% है। सतह परत के भीतर मापी गई अवशिष्ट सरंध्रता 1% से काफी नीचे है। चित्र 9(बी) 1700 डिग्री सेल्सियस पर 2 घंटे के लिए एनीलिंग के बाद अनाज की संरचना को दर्शाता है। घनी सतह परत की मोटाई बढ़ गई है और सतह कंडीशनिंग द्वारा संशोधित नहीं की गई मात्रा में अनाज अनाज की तुलना में काफी बड़े हैं। यह मोटे दाने वाली अत्यधिक घनी परत सामग्री के रेंगने के प्रतिरोध को बेहतर बनाने के लिए प्रभावी होगी।
हमने विभिन्न उपकरण दबावों के लिए मोटाई और दाने के आकार के संबंध में सतह परत की तापमान निर्भरता का अध्ययन किया है। चित्र 10 Mo और MoW30 के लिए सतह परत की मोटाई के प्रतिनिधि उदाहरण दिखाता है। जैसा कि चित्र 10(ए) में दिखाया गया है, प्रारंभिक सतह परत की मोटाई मशीनिंग उपकरण सेटअप पर निर्भर करती है। 800 डिग्री सेल्सियस से ऊपर के एनीलिंग तापमान पर मो की सतह परत की मोटाई बढ़ने लगती है। 2000 डिग्री सेल्सियस पर परत की मोटाई 0.3 से 0.7 मिमी तक पहुंच जाती है। MoW30 के लिए सतह परत की मोटाई में वृद्धि केवल 1500 डिग्री सेल्सियस से ऊपर के तापमान पर देखी जा सकती है जैसा कि चित्र 10 (बी) में दिखाया गया है। फिर भी 2000 डिग्री सेल्सियस पर MoW30 की परत की मोटाई Mo के समान है।

सतह परत की मोटाई के विश्लेषण की तरह, चित्र 11 एनीलिंग तापमान के एक फ़ंक्शन के रूप में सतह परत में मापा गया Mo और MoW30 के लिए औसत अनाज आकार डेटा दिखाता है। जैसा कि आंकड़ों से अनुमान लगाया जा सकता है, अनाज का आकार - माप अनिश्चितता के भीतर - लागू पैरामीटर सेटअप से स्वतंत्र है। अनाज के आकार की वृद्धि सतह क्षेत्र के विरूपण के कारण सतह परत की असामान्य अनाज वृद्धि को इंगित करती है। मोलिब्डेनम के दाने 1100 डिग्री सेल्सियस से ऊपर परीक्षण तापमान पर बढ़ते हैं और प्रारंभिक अनाज के आकार की तुलना में 2000 डिग्री सेल्सियस पर अनाज का आकार लगभग 3 गुना बड़ा होता है। सतह वातानुकूलित परत के MoW30 दाने 1500 डिग्री सेल्सियस के तापमान से ऊपर बढ़ने लगते हैं। 2000 डिग्री सेल्सियस के परीक्षण तापमान पर औसत अनाज का आकार प्रारंभिक अनाज के आकार का लगभग 2 गुना होता है।
संक्षेप में, सतह कंडीशनिंग तकनीक पर हमारी जांच से पता चलता है कि यह दबाए गए-सिन्डर्ड मोलिब्डेनम टंगस्टन मिश्र धातुओं के लिए अच्छी तरह से लागू है। इस विधि का उपयोग करके, बढ़ी हुई कठोरता वाली सतहों के साथ-साथ 0.5 माइक्रोन से नीचे रा के साथ चिकनी सतहें प्राप्त की जा सकती हैं। बाद वाली संपत्ति गैस बुलबुले को कम करने के लिए विशेष रूप से फायदेमंद है। सतह परत में अवशिष्ट सरंध्रता शून्य के करीब है। एनीलिंग और माइक्रोसेक्शन अध्ययन से पता चलता है कि 500 ​​माइक्रोन की सामान्य मोटाई वाली अत्यधिक घनी सतह परत प्राप्त की जा सकती है। इसके द्वारा मशीनिंग पैरामीटर परत की मोटाई को नियंत्रित कर सकता है। जब वातानुकूलित सामग्री को उच्च तापमान पर उजागर किया जाता है, जैसा कि आम तौर पर नीलमणि उगाने के तरीकों में उपयोग किया जाता है, तो सतह की परत मोटे दाने वाली हो जाती है और सतह की मशीनिंग के बिना अनाज का आकार 2-3 गुना बड़ा हो जाता है। सतह परत में दाने का आकार मशीनिंग मापदंडों से स्वतंत्र है। सतह पर अनाज की सीमाओं की संख्या प्रभावी रूप से कम हो जाती है। इससे अनाज की सीमाओं के साथ तत्वों के प्रसार के खिलाफ उच्च प्रतिरोध होता है और पिघलने का हमला कम होता है। इसके अतिरिक्त, प्रेस्ड-सिन्डर्ड मोलिब्डेनम टंगस्टन मिश्र धातुओं के उच्च तापमान रेंगने के प्रतिरोध में सुधार होता है।

दुर्दम्य धातुओं पर तरल एल्यूमिना का गीलापन अध्ययन
मोलिब्डेनम या टंगस्टन पर तरल एल्यूमिना को गीला करना नीलम उद्योग में मौलिक रुचि का विषय है। विशेष रूप से ईएफजी प्रक्रिया के लिए डाई-पैक केशिकाओं में एल्यूमिना गीला करने का व्यवहार नीलम की छड़ों या रिबन की वृद्धि दर निर्धारित करता है। चयनित सामग्री, सतह खुरदरापन या प्रक्रिया वातावरण के प्रभाव को समझने के लिए हमने विस्तृत गीला कोण माप आयोजित किया [11]।
गीलापन माप के लिए 1 x 5 x 40 मिमी³ के आकार वाले परीक्षण सब्सट्रेट्स को Mo, MoW25 और W शीट सामग्री से तैयार किया गया था। धातु शीट सब्सट्रेट के माध्यम से उच्च विद्युत प्रवाह भेजकर 2050 डिग्री सेल्सियस के एल्यूमिना के पिघलने का तापमान आधे मिनट के भीतर प्राप्त किया जा सकता है। कोण माप के लिए छोटे एल्यूमिना कणों को शीट के नमूनों के ऊपर और बाद में रखा गया

बूंदों में पिघल गया. एक स्वचालित इमेजिंग प्रणाली ने पिघली हुई बूंद को रिकॉर्ड किया जैसा कि उदाहरण के लिए चित्र 12 में दिखाया गया है। प्रत्येक पिघली-बूंद प्रयोग बूंद के समोच्च का विश्लेषण करके गीले कोण को मापने की अनुमति देता है, चित्र 12 (ए) और सब्सट्रेट बेसलाइन को आमतौर पर बंद करने के तुरंत बाद देखें। तापन धारा, चित्र 12(बी) देखें।
हमने दो अलग-अलग वायुमंडल स्थितियों के लिए गीला कोण माप आयोजित किया, 10-5 एमबार दबाव पर वैक्यूम और 900 एमबार दबाव पर आर्गन। इसके अलावा, दो प्रकार की सतहों का परीक्षण किया गया, यानी Ra ~ 1 μm वाली खुरदरी सतह और Ra ~ 0.1 μm वाली चिकनी सतह।
तालिका II चिकनी सतहों के लिए Mo, MoW25 और W के गीले कोणों पर सभी मापों के परिणामों का सारांश प्रस्तुत करती है। सामान्य तौर पर, मो का गीलापन कोण अन्य सामग्रियों की तुलना में सबसे छोटा होता है। इसका तात्पर्य यह है कि एल्युमिना का पिघलना मो को सबसे अच्छा गीला कर रहा है जो कि ईएफजी उगाने की तकनीक में फायदेमंद है। आर्गन के लिए प्राप्त गीले कोण वैक्यूम के कोणों की तुलना में काफी कम होते हैं। खुरदरी सब्सट्रेट सतहों के लिए हम व्यवस्थित रूप से कुछ हद तक कम गीले कोण पाते हैं। ये मान आमतौर पर तालिका II में दिए गए कोणों से लगभग 2° कम हैं। हालाँकि, माप की अनिश्चितता के कारण, चिकनी और खुरदरी सतहों के बीच कोई महत्वपूर्ण कोण अंतर नहीं बताया जा सकता है।

हमने अन्य वायुमंडलीय दबावों के लिए भी गीला कोण मापा, यानी 10-5 एमबार और 900 एमबार के बीच का मान। प्रारंभिक विश्लेषण से पता चलता है कि 10-5 एमबार और 1 एमबार के बीच के दबाव के लिए वेटिंग एंजेल नहीं बदलता है। केवल 1 एमबार से ऊपर गीलापन कोण 900 एमबार आर्गन (तालिका II) पर देखे गए कोण से कम हो जाता है। वायुमंडलीय स्थिति के अलावा, एल्यूमिना पिघल के गीले व्यवहार के लिए एक अन्य महत्वपूर्ण कारक ऑक्सीजन आंशिक दबाव है। हमारे परीक्षणों से पता चलता है कि पिघले हुए और धातु सब्सट्रेट्स के बीच रासायनिक संपर्क पूरी माप अवधि (आमतौर पर 1 मिनट) के भीतर होता है। हमें Al2O3 अणुओं के अन्य ऑक्सीजन घटकों में घुलने की प्रक्रियाओं पर संदेह है जो पिघली हुई बूंद के पास सब्सट्रेट सामग्री के साथ संपर्क करते हैं। गीला करने के कोण की दबाव निर्भरता और दुर्दम्य धातुओं के साथ पिघल की रासायनिक बातचीत दोनों की अधिक विस्तार से जांच करने के लिए आगे के अध्ययन चल रहे हैं।