Safi se yon materyèl difisil, ki reziste ak fò ak yon tanperati k ap fonn segondè, li se chimikman lajman inaktif, epi li montre pwopriyete optik enteresan. Se poutèt sa, safi yo itilize pou anpil aplikasyon teknolojik kote endistri prensipal yo se optik ak elektwonik. Jodi a se pi gwo fraksyon nan safi endistriyèl yo itilize kòm yon substra pou pwodiksyon dirije ak semi-conducteurs, ki te swiv pa itilizasyon kòm fenèt pou mont, pati telefòn mobil oswa scanner kòd bar, pou bay kèk egzanp [1]. Jodi a, divès metòd pou grandi kristal sèl safi ki disponib, yon bon apèsi yo ka jwenn egzanp nan [1, 2]. Sepandan, twa metòd k ap grandi Kyropoulos pwosesis (KY), metòd echanj chalè (HEM) ak kwasans fim-fed defini (EFG) konte pou plis pase 90% nan kapasite pwodiksyon safi atravè lemond.

Premye tantativ pou yon kristal pwodui sentetik te fèt 1877 pou ti kristal sèl ruby ​​[2]. Byen fasil nan 1926 pwosesis Kyropoulos te envante. Li opere nan vakyòm ak pèmèt yo pwodwi gwo boul fòm silendrik nan bon jan kalite trè wo. Yon lòt metòd enteresan safi k ap grandi se kwasans lan fim-manje kwen-defini. Teknik EFG la baze sou yon kanal kapilè ki ranpli ak likid-fonn epi ki pèmèt yo grandi kristal safi ki gen fòm tankou branch bwa, tib oswa fèy (yo rele tou riban). Kontrèman ak metòd sa yo metòd echanj chalè a, ki te fèt nan fen ane 1960 yo, pèmèt yo grandi gwo boul safi andedan yon kreze file nan fòm nan kreze a pa defini ekstraksyon chalè anba a. Paske boule safi a kole nan crucible a nan fen pwosesis la ap grandi, boul ka krak nan pwosesis la fre desann ak crucible a ka itilize sèlman yon fwa.
Nenpòt nan teknoloji k ap grandi kristal safi sa yo gen an komen ke konpozan debaz yo - patikilyèman crucibles - yo mande metal refractory wo-tanperati. Tou depan de metòd k ap grandi yo, krize yo fèt ak molybdène oswa tengstèn, men metal yo tou lajman itilize pou aparèy chofaj rezistans, pake mouri ak pwoteksyon zòn cho [1]. Sepandan, nan papye sa a nou konsantre diskisyon nou an sou sijè ki gen rapò ak KY ak EFG paske yo te itilize kreze bourade-sintered nan pwosesis sa yo.
Nan rapò sa a nou prezante etid karakterizasyon materyèl ak envestigasyon sou kondisyone sifas nan materyèl bourade-sintered tankou molybdène (Mo), tengstèn (W) ak alyaj li yo (MoW). Nan premye pati a, konsantre nou an se sou done mekanik wo-tanperati ak tanperati tranzisyon ductile ak frajil. Konplemantè ak pwopriyete mekanik nou te etidye pwopriyete tèrmo-fizik, sa vle di koyefisyan ekspansyon tèmik ak konduktiviti tèmik. Nan dezyèm pati a nou prezante etid sou yon teknik kondisyone sifas espesyalman amelyore rezistans nan crucibles plen ak fonn alumina. Nan twazyèm pati a nou rapòte sou mezi ang mouye nan alumina likid sou metal refractory nan 2100 °C. Nou te pote eksperyans fonn-gout sou alyaj Mo, W ak MoW25 (75 wt.% molybdène, 25 wt.% tengstèn) epi etidye depandans sou diferan kondisyon atmosferik. Kòm yon rezilta nan envestigasyon nou yo, nou pwopoze MoW kòm yon materyèl enteresan nan teknoloji kwasans safi ak kòm yon altènatif potansyèl nan molibdèm pi ak tengstèn.
Pwopriyete segondè-tanperati mekanik ak tèrmo-fizik
Metòd kwasans kristal safi KY ak EFG fasilman sèvi pou plis pase 85% nan kantite safi nan mond lan. Nan tou de metòd, yo mete alumina likid la nan kreze bourade-sintered, tipikman te fè nan tengstèn pou pwosesis la KY ak te fè nan molybdène pou pwosesis la EFG. Krize yo se pati sistèm enpòtan pou pwosesis k ap grandi sa yo. Vize lide a pètèt diminye depans yo nan crucibles tengstèn nan pwosesis la KY kòm byen ke ogmante lavi a nan crucibles molybdène nan pwosesis la EFG, nou pwodwi ak teste Anplis de sa de alyaj MoW, sa vle di MoW30 ki gen 70% wt.% Mo ak 30 wt. % W ak MoW50 ki genyen 50% wt. Mo ak W chak.
Pou tout etid karakterizasyon materyèl nou te pwodwi bourade-sintered lengote nan Mo, MoW30, MoW50 ak W. Tablo I montre dansite ak gwosè mwayèn grenn ki koresponn ak eta materyèl inisyal yo.

Tablo I: Rezime materyèl bourade-sintered yo itilize pou mezi sou pwopriyete mekanik ak tèrmo-fizik. Tablo a montre dansite ak gwosè mwayèn grenn nan premye eta materyèl yo

Paske kreze yo ekspoze a tanperati ki wo, nou te fè tès rupture elabore patikilyèman nan tanperati ki wo ant 1000 °C ak 2100 °C. Figi 1 rezime rezilta sa yo pou Mo, MoW30, ak MoW50 kote yo montre 0.2% fòs sede (Rp0.2) ak elongasyon nan ka zo kase (A). Pou konparezon, yon pwen done nan bourade-sintered W endike nan 2100 °C.
Pou tengstèn ideyal solid-soluted nan molybdène Rp0.2 espere ogmante konpare ak materyèl Mo pi bon kalite. Pou tanperati jiska 1800 °C tou de alyaj MoW montre omwen 2 fwa pi wo Rp0.2 pase pou Mo, gade Figi 1(a). Pou pi wo tanperati sèlman MoW50 montre yon Rp0.2 siyifikativman amelyore. Pressed-sintered W montre Rp0.2 ki pi wo a nan 2100 °C. Tès tansyon yo revele tou A jan yo montre nan Figi 1 (b). Tou de alyaj MoW montre elongasyon trè menm jan ak valè ka zo kase ki se tipikman mwatye valè yo nan Mo. A relativman wo nan tengstèn nan 2100 °C yo ta dwe ki te koze pa estrikti plis amann-grenn li yo konpare ak Mo.
Pou detèmine tanperati tranzisyon ductile a frajil (DBTT) nan alyaj tengstèn molybdène bourade-sintered yo, yo te fèt tou mezi sou ang koube a nan divès tanperati tès. Rezilta yo montre nan Figi 2. DBTT a ogmante ak ogmante kontni tengstèn. Pandan ke DBTT Mo a relativman ba nan apeprè 250 °C, alyaj MoW30 ak MoW50 montre yon DBTT apeprè 450 °C ak 550 °C, respektivman.

Konplemantè nan karakterizasyon mekanik la nou etidye tou pwopriyete tèrmo-fizik. Koefisyan ekspansyon tèmik (CTE) te mezire nan yon dilatomèt pouse-baton [3] nan yon seri tanperati jiska 1600 °C lè l sèvi avèk echantiyon ki gen Ø5 mm ak 25 mm longè. Mezi CTE yo ilistre nan Figi 3. Tout materyèl yo montre yon depandans ki sanble anpil nan CTE a ak ogmantasyon tanperati. Valè CTE yo pou alyaj MoW30 ak MoW50 yo se ant valè Mo ak W. Paske pòosite rezidyèl materyèl bourade-sintered yo dekontiye ak ti porositë endividyèl yo, CTE yo jwenn yo sanble ak materyèl ki gen gwo dansite tankou fèy papye ak baton [4].
Konduktivite tèmik materyèl bourade-sintered yo te jwenn lè w mezire tou de difizyon tèmik ak chalè espesifik echantiyon ak Ø12.7 mm ak 3.5 mm epesè lè l sèvi avèk metòd lazè flash [5, 6]. Pou materyèl izotwòp, tankou materyèl bourade-sintered, chalè espesifik la ka mezire ak menm metòd la. Mezi yo te pran nan seri tanperati ant 25 °C ak 1000 °C. Pou kalkile konduktiviti tèmik nou te itilize nan adisyon a dansite materyèl yo jan yo montre nan Tablo I a epi sipoze tanperati endepandan dansite. Figi 4 montre konduktiviti tèmik ki kapab lakòz pou Mo, MoW30, MoW50 ak W. Kondiktif tèmik.

nan alyaj MoW se pi ba pase 100 W / mK pou tout tanperati envestige ak pi piti anpil kòm konpare ak molybdène pi ak tengstèn. Anplis de sa, konduktiviti yo nan Mo ak W diminye ak ogmante tanperati pandan y ap konduktiviti nan alyaj la MoW endike ogmante valè ak ogmante tanperati.
Rezon ki fè diferans sa a pa te envestige nan travay sa a epi yo pral yon pati nan envestigasyon nan lavni. Li konnen pou metal yo pati ki domine nan konduktiviti tèmik nan tanperati ki ba se kontribisyon an fonon pandan y ap nan tanperati ki wo gaz elèktron domine konduktiviti a tèmik [7]. Fonon yo afekte pa enpèfeksyon materyèl ak defo. Sepandan, ogmantasyon nan konduktiviti tèmik nan seri tanperati ki ba yo obsève pa sèlman pou alyaj MoW, men tou pou lòt materyèl solid-solisyon tankou pa egzanp tengstèn-rhenium [8], kote kontribisyon elèktron jwe yon wòl enpòtan.
Konparezon pwopriyete mekanik ak tèrmo-fizik montre ke MoW se yon materyèl enteresan pou aplikasyon safi. Pou tanperati ki wo > 2000 °C fòs sede a pi wo pase pou molybdène ak lavi ki pi long nan crucibles yo ta dwe posib. Sepandan, materyèl la vin pi frajil ak machin ak manyen yo ta dwe ajiste. Siyifikativman redwi konduktiviti tèmik nan bourade-sintered MoW jan yo montre nan Figi 4 endike ke adapte cho-up ak refwadisman paramèt nan gwo founo dife a ta ka nesesè. Patikilyèman nan faz chalè-up la, kote alumina bezwen yo dwe fonn nan crucible a, chalè transpòte sèlman pa crucible a nan materyèl ranpli anvan tout koreksyon li yo. Kondiktif tèmik redwi MoW ta dwe konsidere pou evite gwo estrès tèmik nan crucible a. Ranje a nan valè yo CTE nan alyaj MoW se enteresan nan yon kontèks nan metòd la kristal HEM k ap grandi. Kòm diskite nan referans [9] CTE nan Mo ap lakòz blocage nan safi a nan faz la refwadi. Se poutèt sa, redwi CTE nan alyaj MoW ta ka kle nan reyalize kreze fil re-utilisables pou pwosesis HEM la.
Kondisyone sifas nan metal refractory bourade-sintered
Kòm diskite nan entwodiksyon an, crucibles bourade-sintered yo souvan itilize nan pwosesis kwasans kristal safi pou chofe epi kenbe alumina fonn yon ti kras pi wo a 2050 °C. Youn nan kondisyon enpòtan pou bon jan kalite kristal safi final la se kenbe enpurte ak bul gaz nan fonn lan osi ba ke posib. Pati bourade-sintered yo gen yon porosite rezidyèl epi yo montre yon estrikti amann. Estrikti amann-grenn sa a ak porosite fèmen se frajil amelyore korozyon metal la patikilyèman pa fonn oksidik. Yon lòt pwoblèm pou kristal safi yo se ti bul gaz ki nan fonn lan. Se fòmasyon nan bul gaz ogmante pa ogmante brutality sifas nan pati nan REFRACTORY ki an kontak ak fonn lan.

Pou simonte pwoblèm sa yo nan materyèl bourade-sintered nou eksplwate yon tretman sifas mekanik. Nou teste metòd la ak yon zouti peze kote yon aparèy seramik ap travay sifas la anba yon presyon defini nan yon pati bourade-sintered [10]. Estrès efikas peze sou sifas la se envers depann sou sifas kontak zouti seramik la pandan kondisyone sifas sa a. Avèk tretman sa a, yon gwo presyon peze ka aplike lokalman sou sifas materyèl bourade-sintered ak sifas materyèl la plastik defòme. Figi 5 montre yon egzanp yon echantiyon molybdène bourade-sintered ki te travay ak teknik sa a.
Figi 6 montre kalitatif depandans estrès efikas peze sou presyon zouti a. Done yo te sòti nan mezi anprent estatik zouti a nan molybdène bourade-sintered. Liy la reprezante anfòm nan done yo dapre modèl nou an.

Figi 7 montre rezilta analiz yo rezime pou mezi sifas la ak dite sifas yo kòm yon fonksyon presyon zouti pou divès kalite materyèl bourade-sintered prepare kòm disk. Jan yo montre nan Figi 7 (a) tretman an rezilta nan yon redi nan sifas la. Dite tou de materyèl tès Mo ak MoW30 ogmante pa apeprè 150%. Pou presyon zouti segondè dite a pa ogmante plis. Figi 7 (b) montre ke sifas trè lis ak Ra osi ba ke 0.1 μm pou Mo yo posib. Pou ogmante presyon zouti, brutality Mo a ogmante ankò. Paske MoW30 a (ak W) se materyèl ki pi rèd pase Mo, valè Ra yo rive nan MoW30 ak W yo jeneralman 2-3 fwa pi wo pase nan Mo. Nan kontradiksyon ak Mo, brutality sifas W diminye lè yo aplike pi wo presyon zouti nan la. ranje paramèt teste.
Etid mikwoskòp elèktron (SEM) nou yo nan sifas kondisyone yo konfime done yo nan brutality sifas la, gade Figi 7 (b). Jan yo montre nan Figi 8 (a), presyon zouti patikilyèman wo ka mennen nan domaj sifas grenn jaden ak microcracks. Kondisyone nan estrès sifas trè wo ka lakòz menm retire grenn nan sifas la, gade Figi 8(b). Efè menm jan an ka obsève tou pou MoW ak W nan sèten paramèt D '.
Pou etidye efè teknik kondisyone sifas la konsènan estrikti grenn sifas yo ak konpòtman tanperati li yo, nou prepare echantiyon rkwir nan twa disk tès Mo, MoW30 ak W.

Echantiyon yo te trete pou 2 èdtan nan diferan tanperati tès nan seri a 800 °C a 2000 °C ak mikwoseksyon yo te prepare pou analiz mikwoskopi limyè.
Figi 9 montre egzanp mikroseksyon molybdène bourade-sintered. Eta inisyal sifas trete a prezante nan Figi 9(a). Sifas la montre yon kouch prèske dans nan yon seri apeprè 200 μm. Anba kouch sa a yon estrikti materyèl tipik ak porositë sintering vizib, porosite rezidyèl la se apeprè 5%. Porosite rezidyèl mezire nan kouch sifas la se byen anba a 1%. Figi 9 (b) montre estrikti grenn nan apre rkwir pou 2 èdtan nan 1700 °C. Te epesè nan kouch sifas dans la ogmante ak grenn yo sibstansyèlman pi gwo pase grenn yo nan volim nan pa modifye pa kondisyone sifas yo. Kouch sa a trè dans koryas-grenn pral efikas amelyore rezistans nan ranpe nan materyèl la.
Nou te etidye depandans tanperati a nan kouch sifas la ak konsiderasyon epesè a ak gwosè a grenn pou presyon zouti divès kalite. Figi 10 montre egzanp reprezantan pou epesè kouch sifas pou Mo ak MoW30. Kòm ilistre nan Figi 10 (a) epesè kouch sifas inisyal la depann de konfigirasyon zouti D '. Nan yon tanperati rkwir pi wo pase 800 °C epesè kouch sifas Mo a kòmanse ogmante. Nan 2000 °C epesè kouch la rive nan valè 0.3 a 0.7 mm. Pou MoW30, yon ogmantasyon nan epesè kouch sifas la ka sèlman obsève pou tanperati ki pi wo a 1500 °C jan yo montre Figi 10(b). Men, nan 2000 °C epesè kouch MoW30 sanble anpil ak Mo.

Menm jan ak analiz epesè kouch sifas la, Figi 11 montre done gwosè mwayèn grenn pou Mo ak MoW30 mezire nan kouch sifas la kòm yon fonksyon tanperati rkwit. Kòm yo ka dedwi nan figi yo, gwosè grenn nan se - nan ensèten mezi a - endepandan de konfigirasyon paramèt yo aplike. Kwasans nan gwosè grenn yo endike yon kwasans nòmal grenn nan kouch sifas ki te koze pa deformation nan zòn sifas la. Grenn Molybdène grandi nan tanperati tès ki pi wo a 1100 °C ak gwosè grenn nan prèske 3 fwa pi gwo nan 2000 °C konpare ak gwosè grenn inisyal la. MoW30 grenn kouch sifas kondisyone kòmanse grandi pi wo pase tanperati 1500 °C. Nan yon tanperati tès 2000 °C gwosè grenn mwayèn se apeprè 2 fwa gwosè premye grenn.
An rezime, envestigasyon nou yo sou teknik kondisyone sifas yo montre li byen aplikab pou alyaj tengstèn molybdène bourade-sintered. Sèvi ak metòd sa a, sifas ki gen ogmante dite kòm byen ke sifas lis ak Ra byen anba a 0.5 μm ka jwenn. Pwopriyete a lèt se patikilyèman benefisye pou rediksyon ti wonn gaz. Porosite rezidyèl nan kouch sifas la se tou pre zewo. Etid recuit ak mikroseksyon montre ke yon kouch sifas trè dans ak yon epesè tipik nan 500 μm ka jwenn. Kidonk paramèt machin nan ka kontwole epesè kouch la. Lè yo ekspoze materyèl la kondisyone nan tanperati ki wo jan yo itilize tipikman nan metòd safi k ap grandi, kouch sifas la vin gwo-grenn ak gwosè grenn 2-3 fwa pi gwo pase san yo pa D sifas. Gwosè grenn nan kouch sifas la se endepandan de paramèt D '. Kantite fwontyè grenn jaden sou sifas la efektivman redwi. Sa a mennen nan yon pi wo rezistans kont difizyon nan eleman sou fwontyè grenn jaden ak atak la fonn se pi ba. Anplis de sa, rezistans nan ranpe tanperati ki wo nan alyaj molybdène tengstèn bourade-sintered amelyore.

Etid mouye nan alumina likid sou metal refractory
Mouye alumina likid sou molybdène oswa tengstèn se yon enterè fondamantal nan endistri safi. Patikilyèman pou pwosesis la EFG konpòtman mouye alumina nan kapilè mouri-pake detèmine to kwasans lan nan branch bwa safi oswa riban. Pou konprann enpak materyèl chwazi yo, brutality sifas oswa atmosfè pwosesis nou te fè detaye mezi ang mouye [11].
Pou mezi mouye tès substrats ak yon gwosè 1 x 5 x 40 mm³ yo te pwodwi nan materyèl Mo, MoW25 ak W fèy. Lè w voye gwo kouran elektrik nan substra fèy metal la, tanperati k ap fonn alumina nan 2050 °C ka reyalize nan mwatye yon minit. Pou mezi ang yo te mete ti patikil alumina sou tèt echantiyon fèy yo epi imedyatman

fonn nan ti gout. Yon sistèm D' otomatik anrejistre ti gout la fonn jan yo montre pou egzanp nan Figi 12. Chak eksperyans fonn-gout pèmèt yo mezire ang mouye a lè w analize kontou ti gout la, gade Figi 12 (a), ak debaz substra a anjeneral yon ti tan apre yo fin etenn lan. kouran chofaj, gade Figi 12(b).
Nou te fè mezi ang mouye pou de kondisyon atmosfè diferan, vakyòm nan 10-5mbar ak agon nan presyon 900 mbar. Anplis de sa, de kalite sifas yo te teste, sa vle di sifas ki graj ak Ra ~ 1 μm ak sifas lis ak Ra ~ 0.1 μm.
Tablo II rezime rezilta tout mezi sou ang mouye pou Mo, MoW25 ak W pou sifas ki lis. An jeneral, ang mouye Mo a pi piti konpare ak lòt materyèl yo. Sa vle di ke alumina fonn mouye Mo pi byen ki benefisye nan teknik k ap grandi EFG la. Ang mouye yo jwenn pou agon yo siyifikativman pi ba pase ang yo pou vakyòm. Pou sifas substra ki graj nou jwenn sistematik yon ti jan pi ba ang mouye. Valè sa yo anjeneral apeprè 2° pi ba pase ang yo bay nan Tablo II. Sepandan, akòz ensètitid mezi a, pa gen okenn diferans ang enpòtan ant sifas lis ak ki graj ka rapòte.

Nou mezire ang mouye tou pou lòt presyon atmosfè, sa vle di valè ant 10-5 mbar ak 900 mbar. Analiz preliminè a montre ke pou presyon ant 10-5 mbar ak 1 mbar zanj mouye a pa chanje. Se sèlman pi wo a 1 mbar ang mouye a vin pi ba pase obsève nan 900 mbar agon (Tablo II). Anplis kondisyon atmosferik la, yon lòt faktè enpòtan pou konpòtman mouye alumina fonn se presyon pasyèl oksijèn. Tès nou yo sijere ke entèraksyon chimik ant fonn lan ak substrats metal yo rive nan dire mezi konplè a (tipikman 1 minit). Nou sispèk pwosesis dissolution nan molekil Al2O3 yo nan lòt konpozan oksijèn ki kominike avèk materyèl la substra tou pre ti gout la fonn. Plis etid yo kounye a ap kontinye envestige an plis detay tou de depandans presyon nan ang mouye a ak entèraksyon chimik yo nan fonn nan ak metal refractory.