Пошук оптимальних технічних рішень високорентабельного отримання крупногабаритного сапфіру для оптики і оптоелектроніки. Впровадження і освоєння нових технологій в умовах дослідно-промислового виробництва. Закономірності обмінних процесів при вирощуванні.
Аннотация к работе
Зараз на світовому ринку можуть конкурувати тільки технології вирощування сапфіру, які мають як високі технічні характеристики (великий розмір кристалів, їх висока оптична якість), так і високі економічні показники. Розробка та впровадження нових технологій дозволила: значно підвищити рентабельність методу і зробити його конкурентним для масових областей використовування в оптиці і оптоелектроніці; розвязати проблему забезпечення українських виробників оптичних і оптоелектронних приладів доступною сапфіровою елементною базою; вийти на світовий ринок з науково емкою і конкурентною продукцією, збільшивши тим самим експортний потенціал України. технічний промисловий виробництво сапфір Робота виконувалася в Інституті монокристалів НАН України НТК “Інститут монокристалів” відповідно до планів науково-дослідних робіт і технологічних розробок наступних тем, проектів і держзамовлень: - тем “Юпітер”, “Юпітер-2” “Юпітер-3” і “Юпітер-4” відомчого замовлення НАН України (1994 - 2003 рр.) - “Дослідження наукових проблем вирощування оптичних кристалів сапфіру в захисних газових середовищах”; Ця розробка базується на встановленні основних закономірностей обмінних процесів при вирощуванні і відпалі сапфіру у відновних середовищах; визначенні механізмів впливу цих процесів на формування і трансформацію функціонально важливих властивостей сапфіру; пошуку оптимальних технічних рішень високорентабельного отримання крупногабаритного сапфіру для оптики і оптоелектроніки. Для досягнення поставленої мети необхідно було вирішити наступні задачі: · Провести комплексні дослідження обмінних процесів між розплавом, кристалом, конструкційними матеріалами і газовими середовищами різного складу та тиску в процесі вирощування і відпалу сапфіру; встановити механізми впливу цих процесів на формування і трансформацію функціонально важливих властивостей кристалів і масоперенос конструкційних матеріалів;Вивчити механізм утворення центрів розсіяння світла в кристалах, вирощених у відновних газових середовищах, і визначити умови отримання оптично однорідних кристалів;Дослідити ефективність термохімічного очищення оксиду алюмінію від домішок у відновних середовищах і розробити технічні рішення глибокого очищення і плавлення металургійного глинозему;Дослідити механізми формування оптичних і структурних характеристик кристалів сапфіру, вирощених у відновних умовах, і розробити методики їх корекції управлінням відновним потенціалом середовища в процесі вирощування кристалів і подальшого їх відпалу;На підставі отриманих результатів розробити високорентабельний і конкурентний на світовому ринку сапфіру масового використовування технологічний процес отримання з металургійного глинозему великих кристалів високої оптичної якості, у тому числі з орієнтацією (0001) на поверхні.Наукове забезпечення цих розробок вимагає: всебічного дослідження обмінних процесів між розплавом A12O3 (кристалом), газовим середовищем і конструкційними матеріалами в процесі вирощування сапфіру в захисних середовищах різного складу і тиску з використанням графітових конструкційних матеріалів; вивчення впливу цих процесів на формування і трансформацію структурних і оптичних властивостей сапфіру (перш за все, механізмів утворення в ньому специфічних центрів розсіяння світла); дослідження механізмів термохімічного очищення дрібних порошків A12O3 у відновних газових середовищах, як найперспективніших для рентабельного отримання сировини з достатнім для вирощування якісних кристалів рівнем домішок (<50 ррм). У другому розділі дисертації приведені результати досліджень впливу складу і тиску газових середовищ при вирощуванні монокристалів на параметри, якими в першу чергу визначається рентабельність вирощування кристалів: масоперенос конструкційних матеріалів, швидкість і особливості випаровування розплаву A12O3, концентрацію газоутворюючих домішок в кристалах. Отримані результати свідчать, що вирощування сапфіру в захисних середовищах, які містять Ar (до 800 тор) і відновні компоненти СО і Н2 (до 20%), не приводить до помітного підвищення концентрації вуглецю і водню в кристалах за умови ефективного відведення продуктів відновлення розплаву Al2О3: СО2 і Н2О. Дослідження особливостей випаровування A12O3 в різних газових середовищах (Ar, N2, СО) при тиску менше 100 тор були проведені з метою визначення оптимального їх складу і тиску, при яких можливо управління відновним потенціалом середовища, швидкістю випаровування A12O3 та інтенсивністю процесів масопереносу конструкційних матеріалів в процесі вирощування кристалів. У третьому розділі наведено: результати досліджень впливу концентрації домішок в вихідній сировині на оптичну однорідність і газову пористість кристалів сапфіру, вирощених в захисному газовому середовищі; розрахунки складу середовища, що формується в тепловому вузлі з вуглеграфітових матеріалів, і термодинамічної вірогідності процесів термохімічного очищення дрібних порошків Al2O3 у відновному газовому середовищі на основі CO і Н2; результати експериментальних досліджень