Inten biru mangrupikeun bahan anu atos, tahan ngagem sareng kuat kalayan suhu lebur anu luhur, sacara kimia sacara lega inert, sareng nunjukkeun sipat optik anu pikaresepeun. Ku alatan éta, inten biru dianggo pikeun seueur aplikasi téknologi dimana widang industri utama nyaéta élmu optik sareng éléktronika. Kiwari, fraksi inten biru industri anu paling ageung dianggo salaku substrat pikeun produksi LED sareng semikonduktor, teras dianggo salaku windows pikeun arloji, bagian telepon sélulér atanapi scanner barcode, pikeun sababaraha conto [1]. Kiwari, rupa-rupa métode pikeun tumuwuh kristal tunggal inten biru sadia, gambaran alus bisa kapanggih misalna dina [1, 2]. Sanajan kitu, tilu métode tumuwuh prosés Kyropoulos (KY), métode pertukaran panas (HEM) jeung edged-diartikeun pilem-fed pertumbuhan (EFG) akun pikeun leuwih ti 90% tina kapasitas produksi inten biru sadunya.

Usaha munggaran pikeun kristal anu diproduksi sacara sintétik parantos dilakukeun 1877 pikeun kristal tunggal Ruby leutik [2]. Gampang dina 1926 prosés Kyropoulos ieu nimukeun. Ieu ngoperasikeun dina vakum sarta ngamungkinkeun pikeun ngahasilkeun boules bentukna cylindrical badag kualitas kacida luhurna. Metoda tumuwuh inten biru metot séjén nyaéta tumuwuhna pilem-fed tepi-diartikeun. Téhnik EFG dumasar kana saluran kapiler anu ngeusi cair-cair sareng ngamungkinkeun tumuwuh kristal sapir anu ngawangun sapertos rod, tabung atanapi lembar (disebut ogé pita). Kontras jeung métode ieu métode bursa panas, dilahirkeun dina ahir 1960-an, ngamungkinkeun tumuwuh boules inten biru badag di jero crucible dipintal dina bentuk crucible ku ékstraksi panas diartikeun ti handap. Kusabab boule inten biru nempel kana crucible dina ahir prosés tumuwuh, boules bisa rengat dina prosés tiis handap sarta crucible ngan bisa dipaké sakali.
Salah sahiji téknologi ngembang kristal sapir ieu gaduh umum yén komponén inti - khususna crucibles - ngabutuhkeun logam refractory suhu luhur. Gumantung kana métode tumuwuh crucibles dijieunna tina molybdenum atawa tungsten, tapi logam ogé loba dipaké pikeun pamanas lalawanan, paeh-bungkus na shieldings zona panas [1]. Nanging, dina makalah ieu kami museurkeun diskusi urang kana topik anu aya hubunganana sareng KY sareng EFG saprak crucibles anu dipencet-sintered dianggo dina prosés ieu.
Dina laporan ieu kami nampilkeun studi characterization bahan jeung investigations on udar permukaan bahan dipencet-sintered kayaning molybdenum (Mo), tungsten (W) jeung alloy na (MoW). Dina bagian kahiji fokus urang perenahna dina suhu luhur data mékanis jeung ductile kana hawa transisi regas. Pelengkap sipat mékanis kami geus diajarkeun sipat thermo-fisik, nyaéta koefisien ékspansi termal jeung konduktivitas termal. Dina bagian kadua urang nampilkeun studi ngeunaan téhnik udar permukaan husus pikeun ngaronjatkeun daya tahan crucibles ngeusi alumina ngalembereh. Dina bagian katilu urang ngalaporkeun pangukuran sudut wetting alumina cair dina logam refractory dina 2100 °C. Urang dilumangsungkeun ékspérimén ngalembereh-serelek on Mo, W na MoW25 alloy (75 wt.% molybdenum, 25 wt.% tungsten) sarta diajar dependensi dina kaayaan atmosfir béda. Salaku hasil tina panyilidikan kami ngajukeun MoW salaku bahan anu pikaresepeun dina téknologi pertumbuhan inten biru sareng salaku alternatif poténsial pikeun molybdenum murni sareng tungsten.
Sipat mékanis jeung thermo-fisik suhu luhur
Metodeu pertumbuhan kristal inten biru KY sareng EFG tiasa dianggo langkung ti 85% tina pangsa kuantitas inten biru di dunya. Dina duanana métode, nu alumina cair disimpen dina crucibles dipencet-sintered, ilaharna dijieunna tina tungsten pikeun prosés KY sarta dijieunna tina molybdenum pikeun prosés EFG. Crucibles mangrupikeun bagian sistem kritis pikeun prosés ngembang ieu. Tujuan gagasan pikeun kamungkinan ngurangan biaya crucibles tungsten dina prosés KY ogé ngaronjatkeun umur crucibles molybdenum dina prosés EFG, kami ngahasilkeun sarta nguji tambahan dua alloy MoW, nyaéta MoW30 ngandung 70 wt.% Mo na 30 wt. % W jeung MoW50 ngandung 50 wt.% Mo jeung W unggal.
Pikeun sakabéh studi characterization bahan kami dihasilkeun ingots dipencet-sintered of Mo, MoW30, MoW50 na W. Table I nembongkeun kapadetan jeung ukuran sisikian rata pakait jeung nagara bahan awal.

Méja I: Ringkesan bahan anu dipencét-sinter anu dianggo pikeun pangukuran sipat mékanis sareng termo-fisik. Tabél nunjukkeun dénsitas sareng ukuran butir rata-rata tina kaayaan awal bahan

Kusabab crucibles lila-lila kakeunaan suhu luhur, kami ngalaksanakeun tés tensile elaborate utamana dina rentang suhu luhur antara 1000 ° C jeung 2100 ° C. Gambar 1 nyimpulkeun hasil ieu pikeun Mo, MoW30, sareng MoW50 dimana kakuatan ngahasilkeun 0,2% (Rp0,2) sareng elongasi kana narekahan (A) ditampilkeun. Pikeun babandingan, titik data W dipencet-sinter dituduhkeun dina 2100 °C.
Pikeun idéal tungsten solid-soluted dina molybdenum Rp0,2 diperkirakeun ngaronjat dibandingkeun bahan Mo murni. Pikeun suhu nepi ka 1800 °C duanana alloy MoW nembongkeun sahenteuna 2 kali leuwih luhur Rp0,2 ti pikeun Mo, tingali Gambar 1(a). Pikeun hawa nu leuwih luhur ngan MoW50 nembongkeun ningkat nyata Rp0,2. Dipencet-sintered W nembongkeun Rp0,2 pangluhurna dina 2100 °C. The tés tensile nembongkeun ogé A sakumaha ditémbongkeun dina Gambar 1(b). Duanana alloy MoW nembongkeun elongation pisan sarupa nilai narekahan nu ilaharna satengah nilai Mo. The rélatif luhur A of tungsten dina 2100 °C kudu disababkeun ku struktur leuwih rupa-grained na dibandingkeun Mo.
Pikeun nangtukeun ductile mun brittle temperatur transisi (DBTT) tina alloy tungsten molybdenum dipencet-sintered, ogé pangukuran dina sudut bending dipigawé dina rupa-rupa suhu nguji. Hasilna ditémbongkeun dina Gambar 2. The DBTT naek kalawan ngaronjatna eusi tungsten. Sedengkeun DBTT of Mo relatif low kira-kira 250 °C, alloy MoW30 jeung MoW50 nembongkeun DBTT kira-kira 450 °C jeung 550 °C, masing-masing.

Pelengkap kana karakterisasi mékanis kami ogé diajar sipat thermo-fisik. Koéfisién ékspansi termal (CTE) diukur dina dilatometer push-rod [3] dina rentang suhu nepi ka 1600 °C ngagunakeun specimen kalayan Ø5 mm sarta panjangna 25 mm. Pangukuran CTE digambarkeun dina Gambar 3. Sadaya bahan nunjukkeun katergantungan anu sami sareng CTE kalayan ningkatna suhu. Nilai CTE pikeun alloy MoW30 sareng MoW50 aya antara nilai Mo sareng W. Kusabab porositas sésa-sésa bahan anu dipencet-sintered teu aya hubunganana sareng pori-pori individu anu leutik, CTE anu dicandak sami sareng bahan dénsitas tinggi sapertos lembar sareng rengkuh [4].
Konduktivitas termal tina bahan dipencet-sintered dicandak ku cara ngukur boh diffusivity termal jeung panas spésifik spésimen kalayan ketebalan Ø12,7 mm jeung 3,5 mm ngagunakeun métode flash laser [5, 6]. Pikeun bahan isotropik, sapertos bahan anu dipencet-sinter, panas spésifik tiasa diukur nganggo metode anu sami. Pangukuran parantos dilaksanakeun dina kisaran suhu antara 25 °C sareng 1000 °C. Pikeun ngitung konduktivitas termal kami nganggo salian dénsitas bahan sapertos anu dipidangkeun dina Tabel I sareng nganggap dénsitas bebas hawa. angka 4 nembongkeun konduktivitas termal anu dihasilkeun pikeun dipencet-sintered Mo, MoW30, MoW50 jeung W. The konduktivitas termal

alloy MoW leuwih handap 100 W / mK pikeun sakabéh hawa ditalungtik tur leuwih leutik dibandingkeun molybdenum murni tur tungsten. Salaku tambahan, konduktivitas Mo sareng W turun kalayan ningkatna suhu sedengkeun konduktivitas alloy MoW nunjukkeun paningkatan nilai kalayan ningkatna suhu.
Alesan pikeun bédana ieu teu acan ditalungtik dina karya ieu sareng bakal janten bagian tina panyilidikan ka hareup. Perlu dipikanyaho yén pikeun logam bagian anu ngadominasi konduktivitas termal dina suhu rendah nyaéta kontribusi fonon sedengkeun dina suhu luhur gas éléktron ngadominasi konduktivitas termal [7]. fonon kapangaruhan ku imperfections bahan jeung defects. Sanajan kitu, kanaékan konduktivitas termal dina rentang suhu handap dititénan teu ukur keur alloy MoW tapi ogé pikeun bahan solid-solusi lianna kayaning tungsten-rhenium [8], dimana kontribusi éléktron maénkeun peran penting.
Perbandingan sipat mékanis sareng thermo-fisik nunjukkeun yén MoW mangrupikeun bahan anu pikaresepeun pikeun aplikasi inten biru. Pikeun suhu luhur> 2000 °C kakuatan ngahasilkeun leuwih luhur batan molybdenum tur lifetimes leuwih panjang crucibles kedah meujeuhna. Nanging, bahanna janten langkung rapuh sareng mesin sareng penanganan kedah disaluyukeun. Turunna nyata konduktivitas termal tina MoW dipencet-sintered sakumaha ditémbongkeun dina Gambar 4 nunjukkeun yén diadaptasi parameter panas-up jeung tiis-handap tina tungku tumuwuh bisa jadi diperlukeun. Utamana dina fase panas-up, dimana alumina perlu dilebur dina crucible nu, panas ngan diangkut ku crucible kana bahan keusikan baku na. Ngurangan konduktivitas termal tina MoW kedah dipertimbangkeun pikeun nyegah setrés termal anu luhur dina crucible. Kisaran nilai CTE tina alloy MoW metot dina konteks metoda tumuwuh kristal HEM. Salaku dibahas dina rujukan [9] CTE of Mo ngabalukarkeun clamping of inten biru dina fase tiis handap. Ku alatan éta, ngurangan CTE tina alloy MoW bisa jadi konci pikeun ngawujudkeun ulang crucibles dipintal bisa dipaké pikeun prosés HEM.
Permukaan udar logam refractory dipencet-sintered
Salaku dibahas dina bubuka, crucibles dipencet-sintered mindeng dipaké dina prosés tumuwuhna kristal inten biru panas tur ngajaga alumina ngalembereh rada luhur 2050 °C. Hiji sarat penting pikeun kualitas kristal inten biru final téh tetep najis jeung gelembung gas dina ngalembereh sakumaha low-gancang. Bagian-bagian anu dipencet ngagaduhan porositas sésa-sésa sareng nunjukkeun struktur anu halus. Struktur berbutir halus ieu kalayan porositas katutup rapuh pikeun ningkat korosi logam utamana ku lebur oksidasi. Masalah séjén pikeun kristal inten biru nyaéta gelembung gas leutik dina lebur. Kabentukna gelembung gas ieu ditingkatkeun ku ngaronjat roughness permukaan bagian refractory nu aya dina kontak jeung ngalembereh.

Pikeun nungkulan masalah ieu bahan dipencet-sintered urang mangpaatkeun perlakuan permukaan mékanis. Kami nguji metodeu sareng alat pencét dimana alat keramik damel permukaan dina tekanan anu ditetepkeun tina bagian anu dipencet-sintered [10]. Stress pencét anu épéktip dina permukaan nyaéta tibalik gumantung kana permukaan kontak alat keramik salami udar permukaan ieu. Kalayan perlakuan ieu stress mencét tinggi bisa lokal dilarapkeun ka beungeut bahan dipencet-sintered sarta beungeut bahan anu plastically cacad. Gambar 5 nembongkeun conto sampel molybdenum dipencet-sintered nu geus digarap ku téhnik ieu.
angka 6 nembongkeun kualitatif gumantungna tina stress pencét éféktif dina tekanan alat. Data diturunkeun tina pangukuran statik imprints tina alat dina molybdenum dipencet-sintered. Garis ngagambarkeun pas kana data numutkeun model urang.

angka 7 nembongkeun hasil analisis diringkeskeun pikeun roughness permukaan jeung pangukuran karasa permukaan salaku fungsi tina tekanan alat pikeun sagala rupa bahan dipencet-sintered disiapkeun salaku disk. Ditémbongkeun saperti dina Gambar 7 (a) hasil perlakuan dina hardening tina beungeut cai. Teu karasa duanana bahan anu diuji Mo sareng MoW30 ningkat sakitar 150%. Pikeun tekanan alat anu luhur, karasa henteu langkung ningkat. Gambar 7(b) nunjukeun yen surfaces kacida lemes jeung Ra sahandapeun 0,1 μm pikeun Mo mungkin. Pikeun ngaronjatkeun tekanan alat nu roughness of Mo naek deui. Kusabab MoW30 (jeung W) mangrupakeun bahan harder ti Mo, anu attained Ra nilai MoW30 jeung W umumna 2-3 kali leuwih luhur batan Mo. Dina kontradiksi jeung Mo, roughness permukaan W nurun ku nerapkeun tekanan alat nu leuwih luhur dina. rentang parameter diuji.
Ulikan scanning electron microscopy (SEM) ngeunaan permukaan anu dikondisikeun mastikeun data kasarna permukaan, tingali Gambar 7(b). Salaku digambarkeun dina Gambar 8 (a), utamana tekanan alat tinggi bisa ngakibatkeun karuksakan permukaan sisikian jeung microcracks. Conditioning di stress permukaan pisan tinggi bisa ngabalukarkeun malah panyabutan sisikian tina beungeut cai, tingali Gambar 8 (b). Épék anu sami ogé tiasa ditingali pikeun MoW sareng W dina parameter mesin anu tangtu.
Pikeun diajar pangaruh téknik udar permukaan ngeunaan struktur sisikian permukaan sareng paripolah suhuna, kami nyiapkeun conto annealing tina tilu cakram uji Mo, MoW30 sareng W.

Sampel dirawat salami 2 jam dina suhu uji anu béda dina kisaran 800 °C dugi ka 2000 °C sareng bagian-bagian mikro disiapkeun pikeun analisa mikroskop cahaya.
angka 9 nembongkeun conto microsection of molybdenum dipencet-sintered. Kaayaan awal permukaan dirawat dibere dina Gambar 9 (a). Beungeut nembongkeun lapisan ampir padet dina rentang ngeunaan 200 μm. Handap lapisan ieu struktur bahan has kalawan pori sintering katempo, nu porosity residual nyaeta ngeunaan 5 %. The diukur porosity residual dina lapisan permukaan ogé handap 1%. Gambar 9(b) nembongkeun struktur gandum sanggeus annealing pikeun 2 h dina 1700 °C. Ketebalan lapisan permukaan padet geus ngaronjat sarta séréal anu substansi leuwih badag batan séréal dina volume teu dirobah ku udar permukaan. Lapisan padet anu kasar-kasar ieu bakal efektif pikeun ningkatkeun daya tahan ngarayap tina bahan.
Kami geus diajar gumantungna suhu lapisan permukaan ngeunaan ketebalan sarta ukuran sisikian pikeun sagala rupa tekanan alat. angka 10 nembongkeun conto wawakil pikeun ketebalan lapisan permukaan pikeun Mo na MoW30. Salaku digambarkeun dina Gambar 10 (a) ketebalan lapisan permukaan awal gumantung kana setelan alat machining. Dina suhu annealing luhur 800 °C ketebalan lapisan permukaan Mo mimiti ningkat. Dina 2000 °C ketebalan lapisan ngahontal nilai 0,3 nepi ka 0,7 mm. Pikeun MoW30 kanaékan ketebalan lapisan permukaan ngan bisa dititénan pikeun hawa di luhur 1500 °C ditémbongkeun saperti Gambar 10(b). Tapi dina 2000 °C ketebalan lapisan MoW30 pisan sarupa Mo.

Kawas analisis ketebalan tina lapisan permukaan, Gambar 11 nembongkeun data ukuran sisikian rata pikeun Mo na MoW30 diukur dina lapisan permukaan salaku fungsi tina hawa annealing. Salaku tiasa disimpulkeun tina inohong, ukuran sisikian nyaeta - dina kateupastian ukur - bebas tina setelan parameter dilarapkeun. Tumuwuh ukuran sisikian nunjukkeun tumuwuhna sisikian abnormal tina lapisan permukaan disababkeun ku deformasi aréa permukaan. Siki molybdenum tumuwuh dina suhu uji luhur 1100 °C jeung ukuran sisikian ampir 3 kali leuwih badag dina 2000 °C dibandingkeun ukuran sisikian awal. Biji-bijian MoW30 tina lapisan permukaan anu dikondisikeun mimiti tumbuh di luhur suhu 1500 °C. Dina suhu uji 2000 °C ukuran butir rata-rata kira-kira 2 kali ukuran butir awal.
Ringkesanna, panilitian kami ngeunaan téknik udar permukaan nunjukkeun yén éta tiasa dianggo pikeun alloy tungsten molybdenum anu dipencet. Ngagunakeun métode ieu, surfaces kalawan ngaronjat karasa kitu ogé surfaces lemes kalayan Ra ogé handap 0,5 μm bisa diala. Harta dimungkinkeun utamana mangpaat pikeun ngurangan gelembung gas. The porosity residual dina lapisan permukaan deukeut ka nol. Studi Annealing sareng microsection nunjukkeun yén lapisan permukaan anu padet pisan kalayan ketebalan khas 500 μm tiasa didapet. Hereby parameter machining bisa ngadalikeun ketebalan lapisan. Nalika ngalaan bahan anu dikondisikeun ka suhu anu luhur sapertos biasana dianggo dina metode ngembang inten biru, lapisan permukaan janten kasar kalayan ukuran sisikian 2-3 kali langkung ageung tibatan tanpa mesin permukaan. Ukuran sisikian dina lapisan permukaan henteu gumantung kana parameter mesin. Jumlah wates sisikian dina beungeut cai éféktif ngurangan. Ieu ngakibatkeun résistansi anu langkung luhur ngalawan difusi unsur sapanjang wates sisikian sareng serangan lebur langkung handap. Salaku tambahan, résistansi ngrayap suhu luhur tina alloy tungsten molybdenum dipencet-sintered ningkat.

Studi wetting alumina cair dina logam refractory
The wetting of alumina cair dina molybdenum atanapi tungsten téh dipikaresep fundamental dina industri inten biru. Utamana pikeun prosés EFG, paripolah ngabasahan alumina dina kapilér die-pack nangtukeun laju tumuwuhna rod sapir atanapi pita. Pikeun ngartos dampak tina bahan anu dipilih, kasarna permukaan atanapi atmosfir prosés kami ngalaksanakeun pangukuran sudut wetting anu lengkep [11].
Pikeun pangukuran baseuh, substrat tés ukuran 1 x 5 x 40 mm³ diproduksi tina bahan lambar Mo, MoW25 sareng W. Ku ngirimkeun arus listrik anu luhur ngaliwatan substrat lambar logam suhu lebur alumina 2050 °C tiasa dihontal dina satengah menit. Pikeun pangukuran sudut, partikel alumina leutik disimpen dina luhureun sampel lambar teras salajengna

dilebur jadi titisan. Sistem pencitraan otomatis ngarékam titik lebur sapertos anu digambarkeun contona dina Gambar 12. Unggal percobaan lebur-tetes ngamungkinkeun pikeun ngukur sudut wetting ku nganalisa kontur tetesan, tingali Gambar 12(a), sareng garis dasar substrat biasana teu lami saatos pareum. pemanasan ayeuna, tingali Gambar 12 (b).
Kami ngalaksanakeun pangukuran sudut wetting pikeun dua kaayaan atmosfir anu béda, vakum dina 10-5mbar sareng argon dina tekanan 900 mbar. Salaku tambahan, dua jinis permukaan diuji, nyaéta permukaan kasar kalayan Ra ~ 1 μm sareng permukaan lemes kalayan Ra ~ 0,1 μm.
Méja II nyimpulkeun hasil sadaya pangukuran dina sudut wetting pikeun Mo, MoW25 sareng W pikeun permukaan anu mulus. Sacara umum, sudut wetting of Mo pangleutikna dibandingkeun jeung bahan séjén. Ieu ngandung harti yén alumina ngalembereh nyaeta wetting Mo pangalusna nu mangpaat dina téhnik tumuwuh EFG. Sudut wetting diala pikeun argon nyata leuwih handap sudut pikeun vakum. Pikeun permukaan substrat kasar urang manggihan sacara sistematis sudut wetting rada handap. Nilai-nilai ieu biasana kirang langkung 2° langkung handap tina sudut anu dipasihkeun dina Tabél II. Nanging, kusabab kateupastian pangukuran, henteu aya bédana sudut anu signifikan antara permukaan anu mulus sareng kasar tiasa dilaporkeun.

Urang ngukur sudut wetting ogé pikeun tekanan atmosfir séjén, nyaéta nilai antara 10-5 mbar jeung 900 mbar. Analisis awal nunjukeun yen pikeun tekanan antara 10-5 mbar jeung 1 mbar malaikat wetting teu robah. Ngan luhureun 1 mbar sudut wetting jadi leuwih handap observasi dina 900 mbar argon (Tabel II). Di sagigireun kaayaan atmosfir, faktor penting séjén pikeun kabiasaan wetting of alumina ngalembereh nyaeta tekanan parsial oksigén. Tés kami nunjukkeun yén interaksi kimia antara lebur sareng substrat logam lumangsung dina durasi pangukuran lengkep (biasana 1 menit). Urang curiga prosés ngabubarkeun molekul Al2O3 kana komponén oksigén séjén anu berinteraksi sareng bahan substrat deukeut titik lebur. Panalitian satuluyna ayeuna masih dilaksanakeun pikeun nalungtik sacara langkung rinci boh gumantungna tekanan tina sudut wetting sareng interaksi kimiawi lebur sareng logam refraktori.