JPH01501467A - 造形単結晶の成長方法 - Google Patents

Abstract

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Description

【発明の詳細な説明】 造形単結晶の成長方法　゛ 〔技術分野〕 本発明は溶融体より結晶を成長することに関し、そして、特に、耐火性の光学的 に透明な金属化合物の単結晶を成長するための方法に関し、更に、造形単結晶の 成長のための方法に関するものである。

〔背景技術〕

造形単結晶の性質は、即ち実際の寸法、絶縁破壊抵抗値、全体の光透過率の値、 単結晶ブロックの結晶非方向性及び機絨的強度は結晶体の領域と単結晶の引抜に おける温度条件に依存し、同様に、成長した単結晶の冷却条件に依存する。従っ て、結晶の性質を定義する主な要因は“溶融状態の結晶”システムにおける温度 分布の特性にある。原材料の溶解は溶融体の自然発生的な結晶化を引起さないよ うに、できるだけ過熱しない状態で行わねばならない。これはるつぼの材料の解 離と相互作用を少くする。前記材料は単結晶内に異物と微小ふくれを増加するも ので、単結晶の光透過率と絶縁破壊抵抗値を劣化する。

単結晶の結晶化の領域における温度分布は造形単結晶の形単結晶の冷却条件はそ の内部の温度応力を最小にして、亀裂の形成を防止するようにすべきである。

耐火性の光学的に透明な金属化合物の造形単結晶の成長は複雑な多段式の工程で ある。この工程の各段階で行われる方法は好ましい結晶の収率と加工装置の有効 寿命に多大な影響を与える。これらはそれの生産価格を定義ずける重要な要素で ある。

単結晶成長方法の最も重要な基準は最終製品の収率である。

これは必要とされる値をもつ結晶の性質の基準に応じて結論ずけられる。例えば 、高圧のソジウム燈に使われるチューブ形状のサファイア−製造形単結晶に関し 、許容される単結晶の収率はチューブの形状寸法（チューブの内径の偏差が±０ ．２旧である）、絶縁破壊抵抗値（５０ｋＶ／ａｎ以上）、全光透過率の値（少 くとも９２％）、チューブ内ブロックの結晶非方向性（チューブの機械的強度と 有効寿命が２０°超の非方向性で急激に低下する）によって決定される。ある場 合にはチューブ内ブロックの数が又評価される。

耐火性の光学的に透明な金属化合物よりなる造形単結晶の成長方法は当業者に知 られている（ＤＢ、　Ｂ、　２３２５１０４）。上記方法は不活性ガス雰囲気で それぞれの耐火性金属化合物の原材料を加熱装置によって生じた熱により溶解す ること、結晶化領域において種結晶を溶解すること、単結晶を構築すること、そ して溶融体を成形装置の毛管領域を通し、且つ加熱装置の電力の変化を通じて結 晶化領域へ連続的に供給することで、前記単結晶を結晶化領域から必要長さまで 引抜くこと、その後、単結晶が溶融体から切離されそして冷却されること、より 成っている。

造形単結晶の形状寸法の所望精度を維持するために、引抜く際に、成形装置の端 部面と結晶体の最前面との間の溶融体柱の高さが光学的に制御され、柱の均−高 さが加熱装置電力を変化させることで調整される。かかる作業において、るつぼ 内の溶融体の過熱が引起こされ、単結晶の物理的性質を劣化する。

また、溶融体から単結晶を切離した後、加熱装置のスイッチが直ちに切られ、結 晶冷却が自然冷却で続けられるということに留意されるべきである。この結果単 結晶の端部に熱的衝撃が生じ、この領域に亀裂が発生する。

また、造形単結晶を成長するための方法は当業者において知られている（Ｐ、　 Ｉ、　Ａｒ＋ｔｏｎｏｖ　ｅｔ　ａｌ−、“Ｐｏ１ｕｃｈ、ｅｎｉｅｐｒｏｆｉ ｌｉｒｏｖａｎｎｙｃｈ　ｍ０ｎｏｋｒｉｓｔａｌｌｏｖ　ｉ　１ｚｄｅｌｉｉ 　ｓｐｏｓｏｂｏｍＳｔｅｐａｎｏｖａ”、　１９８１．　Ｎａｕｋａ　（Ｌｅ ｎｉｎｇｒａｄ）、　ｐｐ、　１３７−１４２）　ｏこの方法は類似の耐火性の 金属化合物の原材料を不活性ガス雰囲気で加熱装置により生じた熱効果のもとで 溶解すること、結晶化領域において種結晶を溶解すること、単結晶を構築するこ と、溶融体を成形装置の毛管システムを通し、且つ加熱装置の電力の変化を通じ て結晶化領域へ溶融体を連続的に供給することで、前記単結晶を結晶化領域から 所望長さまで引抜くこと、その後単結晶が溶融体から切離され、冷却されること 、以上より成っている。

耐火性の光学的に透明な金属化合物の造形単結晶を成長するだめの上記方法にお いてるつぼ内の溶融体の過熱は約４０℃である。しかしながら、耐火性の光学的 に透明な金属化合物の融点的２０００℃において、過熱量が少々であっても“溶 融−単結晶”システムにおける物理的−化学的相互作用を強め、単結晶の物理的 性質に極めて有害な結果を与える。

更に、異なった形状の単結晶を成長せ巳める際に、種々の成形装置が使用される 。造形単結晶の成長工程の聞、制御できない変化が単結晶成長の現実の条件にお いて発生し、“溶融−単結晶”システムの温度分布の区分に影響を与える。

この工程において溶融体から切離した後の単結晶の冷却は又制御ができず、その 結果、単結晶に亀裂が発生する。

〔発明の開示〕

本発明は光学的に透明な耐火性金属化合物の造形単結晶を成長するための方法の 提供に関するものである。前記方法は単結晶の性質を改良した“溶融−単結晶” のシステムにおいて加熱分布の最良の特性を維持するような熱的条件のもとで行 われる。

この問題は耐火性の光学的に透明な金属化合物の造形単結晶を成長するための方 法における以下の構成によって、解決される。即ち、類似の耐火性金属化合物の 原材料を不活性ガス雰囲気で加熱装置によって生じた熱効果のもとで溶解するこ と、結晶化領域で種結晶を溶解すること、単結晶を構築しそして溶融体を結晶化 領域へ成形装置の毛管システムを通し且つ加熱装置電力の変化を通じて連続して 供給する間に結晶化領域から適当な長さまで引抜くこと、この後単結晶は溶融体 から切離され、そして冷却されること、以上の構成において、本発明によれば、 原材料の溶解以前に原材料の調整粒子が結晶化領域に配置され、加熱装置の電力 Ｐが調整粒子の溶解の間記録され、そして原材料の溶解が（１，０４〜１．１） Ｐの加熱装置の電力で行われ、種結晶の溶解が（１，０３〜１−０８）　Ｐで、 単結晶の構築が（１，０２〜１．２２）　Ｐで夫々行われ、そして単結晶の冷却 が加熱装置の電力を減少させることにより２０〜ｂ １５５０℃に達したとき加熱装置のスイッチが切られるのである。

謝火性の光学的に透明な金属化合物の造形単結晶を成長するための方法において 、原材料の調整粒子の使用がその溶融体上に加熱装置電力を高精度で設定するこ と、及び単結晶を成長させるのに非常に狭い温度範囲を維持することを可能にな らしめるのである。

以上のことは原材料を溶解すること及び３０℃未満の溶融体の最小限度の過熱に おいて単結晶を引抜く工程を実施すること、種結晶の溶解の最適な温度範囲を正 確に限定すること、単結晶を構築すること、現実の条件によってそれを成長させ ること、を可能にし、かくして成長した単結晶の性質を十分に改良すること、そ して最終単結晶の収率を３５〜４０％増加することを可能にするものである。

〔図面の簡単な説明〕

本発明は添付図面を参照にして、その詳細な装置の記述によって更に説明される 。前記図面は、耐火性の光学的に透明な金属化合物の造形単結晶を成長するため の装置の概略図（正面図）で成長した単結晶の完成した状態を示している。

〔発明を実施するための最良の形態〕

本発明に従い、耐火性の光学的に透明な金属化合物の造形単結晶を成長せしめる 方法は次のとおりである。

単結晶３を製造するための、耐火性の光学的に透明な金属化合物の原材料が密閉 室２内であって、且つその最低の位置（図示せず）に置かれたるつぼ１へ、それ ぞれ収納される。

成長した単結晶の断面（形状）は、単結晶の断面形状を反復する形状を構成して いる上部端面を線用する成形装置に依存するが、沢山の異なった形状にすること ができる。例えば、円形断面、三角形断面及び長方形断面のチューブ、横方向に 区分されたチューブ、種々の断面の棒（内部の長手方向に溝を有している）、蓋 、るつぼ、ボート形状物（ｄｅｂ　１ｔｅｕｅｓｅｓ）、パイプ及び表面がらせ ん状の線である。添付図面で示したこの発明の装置における成形装置４はるつぼ からその上部端面まで溶融金属を供給する、環状の毛管部分５として構成された 毛管システムを有している。例示された装置において、成形装置４の上部端面６ は環状の形状を有している。この発明の方法によれば、種々の耐火性のある、光 学的に透明な金属化合物、即ち融点２０５３℃をもつロイコサファイア（ｌｅｕ ｃｏｓａｐｐｈｉｒｅ）　、ルビー（融点２０７５℃）、スカンジウム酸化物（ 融点２４８５℃）、アルモイツトリウムガーネット（ａｌｕｚａｙｔｔｒｉｕｓ 　ｇａｒｎｅｔ）　（融点１９５０℃）、の所望形状の単結晶を成長せしめるこ とができる。

任意形状の一塊の状態にあるそれぞれの耐火性金属化合物で、１〜５ｃＪ！の量 の原材料はるつぼ１へ装入される。

次いで、任意形状の、原材料の調整粒子（図示せず）は成形装置の端面６上に置 かれる。

原材料の調整粒子の大きさはその最大の直線状寸法が成形装置４の毛管システム の毛管部分５０幅（又は直径）より２〜３倍大きくなければならない。

室を密閉にしたのち、減圧焼鈍が施こされるが、そのために熱遮断室８内に配置 された過熱装置７に電圧が供給され、そして、加熱装置７によって生じた熱の効 果で、成形装置４とともにるつぼ１が１３００から１５００℃までの焼鈍温度に 加熱され、装置の各部分よりガスを放散するためにこの温度で２０〜３０分間保 持される。次いで、室２がアルゴンのような不活性ガスにより、９．８１Ｘ　ｉ Ｏ’から１０．７９　ＸＩＯ’　Ｐａの圧力のもとで充満される。

従って、単結晶３を成長するために用いられる個々の耐火性化合物の融点に依存 して、加熱温度は加熱装置７の電力をＰｏの値まで増加することにより化合物の 融点より４０〜５０℃低い温度まで上昇させられる。加熱温度は例えば高温計に よって制御される。

加熱装置７の電力の一層の増加は原材料の調整粒子が溶解する迄、徐々に行われ 、加熱装置７の電力はＰｏの０．５０〜１．０％増加させられ、夫々の増加のあ と５〜８分保持される。

調整粒子の溶解のモーメントは記帳され、このモーメントにおける加熱装置７の 電力Ｐは記録される。調整粒子の状態は室２、熱遮断箱８及び加熱装置７に設け られた窓９，１０゜１１を通し、成形装置４の端部表面６０レベルにおいて、個 々に視覚的に監視される。

原材料の溶解は（１，０４〜１．１）Ｐと同等の加熱装置７の電力で達成される 。１．０４Ｐより少い加熱装置７の電力では完全な原材料の溶解が保証されず、 溶解時間がかなり長くなり、電力の消費が増加する。加熱装置７の電力が１．１ ０Ｐを越えると、溶融体１ｚは過熱され、るつぼ１の材料と室２の雰囲気との解 離がその相互作用も伴って激しくなる。この結果、成長した単結晶３は汚染され 、溶融物中のガス含有物の量は増加して、これに代り、光透過、絶縁破壊強さ、 及び単結晶の機械的強さの減少をもたらす。より高い電力の入力により、単結晶 ３の製造価格が又増加する。

原材料の溶解ののち、るつぼ１は添付図面で示す最上位置に引上げられるが、こ れは第１に溶≧体１２を成形装置４の毛管システムに結合を確保するためであり 、次にるつぼ１内の溶融体１２０表面から成形装置４の端部面６までの距離が概 略２０ｍｍである作業位置に引上げるためである。

この後、種結晶１４を有するロッド１３は成形装置４の端部面６に接触する迄降 下され、そして種結晶１４は（１，０３〜１．０８）　Ｐに相当する加熱装置７ の電力で溶解される。かかる状態で、種結晶１４と成形装置４の端部面６との間 に、耐火性の光学的に透明の金属化合物の溶融体の柱（図示せず）が形成される 。窓９．１０及び１１を通して目で捕えられた上記柱の形状に従い、種結晶１４ を溶解するために必要とする加熱装置７の電力が設定される。溶融体の柱の直径 は種結晶１４の直径の０．７〜０．８倍に等しくなければならない。上記直径が 許容範囲であれば、種結晶１４を溶解する加熱装置の電力は変更されない。

上記柱の１径が許容量を越えると、加熱装置７の電力は増加され、そして逆もま た同様である。

加熱装置７の１．０３Ｐよりも少い電力では成形装置４の端部面で形成される溶 融体柱が確保されるために、種結晶１４の支持は必要とされない。何となれば、 種結晶の位置において、成長した単結晶３によって引継がれた相当数の結晶ブロ ックが発生するからである。これにより、単結晶３の機械的強度と絶縁破壊強度 が阻害される。端部の状態が適切であっても、溶融体は柱から種結晶へ簡単に付 着し、そしてこの場合、種結晶１４の結晶方向は成長した単結晶３に与えられず 、多結晶の性質を有するサンプルが得られる。加熱装置７の電力が１．０８Ｐｆ ｃ越えると、種結晶１４は過度に溶解され、溶融体柱は破壊され、そして加熱装 置７のより低い電力で種結晶を再生することの必要性が生じる。

均一な予定された断面積に単結晶３を構築するには種結晶１４の搬送速度を０． ５からＩＭ／ｌｌ１ｉｎにすることが効果的である。上記の構築の段階の間、加 熱装置７の電力は（１，０２〜及び１１を通して目視される。上述の限度内に角 度を維持するために、加熱装置７の電力は適宜変化させられる。

加熱装置７の電力の上限が１．０８Ｐを越えると構築工程がむしろ長くなる。使 用するに不適当な構築部分１５は得られた単結晶において相当の長さを有し、か くして単結晶の製造費用を増加する。加熱装置７の電力の下限が１．０２Ｐ未満 であると、３０°以上の非方向性の非常に多くのブロックが単結晶３の速い構築 によって発生し、それ故に単結晶３の機械的強度は、その容積の中で生ずる熱弾 性応力の効果に基づき室２内で結晶破壊が生ずる迄、実質上低められるのである 。構築が成形装置４の端部面６上の結晶体の領域１６に生じた後で、耐火性の光 学的に透明な金属化合物の溶融体の環状柱１７が形成される。

単結晶３を結晶体の領域１６から引抜くに際し、加熱装置７の電力は（１，０２ 〜１．２２）　Ｐ範囲占で、必要な限界値を有する単結晶３の予定された断面寸 法を維持するために、むしろその上限に向って増加せしめられる。引抜速度は１ 〜５０／ａＩｉｎである。加熱装置７の電力が１．２２Ｐを越えると、引抜は溶 融体の柱１７の高さにおいて０．２から０．３−の範囲内で変わる定格値を超過 する。この場合得られた単結晶３の断面積は必要とされるものより小さくなり、 溶融体の柱１７の高さにおいて現われる単結晶３の側面の小面はその断面の形状 を一層阻害する。その結呆、その断面寸法に適した単結晶の収率は減少する。加 熱装置７の電力が１．０２Ｐ未満になると、溶融体１２の柱１７の高さは定格値 より低くなり、そして成長した単結晶３は成形装置４上に凍結する。この場合工 程は中止されなければならない。よくても、色々な表面欠陥が単結晶３内に現わ れ、ブロック構造を発生せしめ、好ましい単結晶の収率をより低める。

単結晶３を好ましい長さに成長させた後、単結晶は例えば、るつぼ１を降下する ことによって溶融体から切離され、そして加熱装置７の電力を減少することによ り１５５０〜１６００℃の温度まで２０〜ｂ 成長した単結晶３の長さは１００〇−以上にすることができ、この長さは所望形 状の単結晶を成長するために用いられる装置の型式と大きさに依存する。

単結晶３の冷却において降下温度の速度が３０℃／ｍｉｎ以上であるか、又減少 温度の下限が１６００℃超であると、経験が示す如く、亀裂が単結晶３の端部に 熱弾性応力のかなりの値によって発生する。単結晶３の端部付近で亀裂と小片が 同様に発生する。好ましい単結晶の収率がこれにより減少する。

このような単結晶の有効寿命は又短縮される。１５５０℃未満の温度まで、又は １０℃／ｍｉｎ未満の速度において単結晶３を冷却することは工程期間が単結晶 の品質のいかなる改良もなく引伸ばされるのでどちらの場合も望ましくない。

１５５０℃まで温度を低下した後、加熱装置７はスイッチが切られ、そして単結 晶７の一層の冷却が室温まで自然状態で行われる。

本発明のより良い理解のために、特定的な実施例を実例に基づいて以下説明する 。

実施例１ ０イコサフアイアーの単結晶は１０本製造されたが、外径８．７−１内径７．０ に及び長さ８００口のチューブとして成形された。ロイコサファイア−の原材料 がモリブデンるつぼへ、高純度（９９，９％）のアルミナ塊と共に装入された。

チューブを造るために、モリブデン製の成形装置が用いられたが、この装置はそ の上に原材料の調整粒子が置かれた、外径８゜８ＩｎＩ！ｌ、内径６．９５＋Ｊ ｌ及び高さ５０閣の上端部表面を有していた。環状毛管の平均直径は７．９ｒａ 、幅は０．３ｇであった。成形装置の端部面上に０．５　ｘｏ−ｓ　Ｘｏ、８ｍ ｍ”の寸法の原材料の調整粒子が置かれた。種結晶は長さ３０ｍｏ＋及び断面積 ４０２のロッドの形状を有していた。

次いで室は密閉され、空気が７Ｘ１０−’Ｐａの圧力まで吸引され、そして加熱 装置のスイッチが入れられた。成形装置のついた加熱装置は１３５０℃の温度ま で加熱され、そして焼鈍が３０分間行われた。次いで室は９．９１Ｘ１０’　Ｐ ａの圧力までアルゴンで充填された。その後、成形装置とるつぼは加熱装置の電 力を増加することにより２０００℃の温度まで加熱され、そして両方はこの温度 で１５分２４持された。このときの加熱装置の電力Ｐ０は２８．５ｋＷであった 。次いで加熱装置の電力は各段階において５分の滞留で１５０Ｗずつ徐々に増加 された。

加熱装置の電力Ｐが２９．１ｋＷになったとき、調整粒子は溶解された。

原材料の溶解は１．０４Ｐある３０．２６ｋＷの加熱装置電力で行われた。種結 晶の溶解は２９．９７ｋＷ即ち１．０３　Ｐの加熱装置電力で行われた。単結晶 の構築は２９．６ｋＷの加熱装置電力で行われた。

これは１．０２Ｐに相当し、その間Ｑ、　５　ｔｚｎ／　ｌｌ１ｉｎの速度で種 結晶を移動した。

単結晶の引抜は５：＋！：ｌ／ｒｎｉｎの種結晶の移動速度で行われた。

加熱装ば電力は２９．６８から３４．９２ｋＷの範囲、これは（１，０２〜１． ２）Ｐに相当するが、で変化された。長さ８００−に成長した単結晶は溶融部分 から切離された。この後、加熱装置の電力を滑らかに減少することにより、単結 晶は１５５０℃の温度まで３０℃／ｃｏｉｎの速度で冷却された。次いで加熱装 置のスイッチは切られた。

成長した単結晶は１００＋ｍｉ＋の長さに切られ、試験が従来の方法で行われた 。即ち、単結晶は±０゜ｌｃｃｍの粘度で形状寸法の測定が、全体の光透過率、 絶縁破壊抵抗値、単結晶ブロックの結晶非方向性、単結晶の機械的強度と同様に 行われた。

好ましい単結晶の収率は８６％であった。

実施例２ 前述の実施例１の所望形状の単結晶を成長させる方法が、原材料の調整粒子の寸 法が０．５　Ｘ　０．８　Ｘ　Ｏ，５ｒａ’であることを除いて、掃り返えされ た。焼鈍温度は１３００℃であった。不活性ガス圧は１０．３０Ｘ　１０’　Ｐ 　ａであった。原材料の溶解は３１、１４　ｋＷ即ち１．０７　Ｐの加熱装置電 力で行われた。種結晶の溶解は３０．９５　ｋｇＪ即ち１．０８　Ｐの加熱装置 電力で、単結晶の構築は３０．４１　ｋＷ即ち１．０８Ｐの電力で行われた。単 結晶３の引抜は加熱装置の電力を３１．４１から３３゜４６ｋＷ、これは（１， ０８−１，２２）Ｐに相当するが、の範囲内で変化する間に３．　Ｏｒａｍ／　 ｍｉｎの速度で行われた。単結晶は１５７４℃の温度まで２５℃／＋ｎｉｎ速度 で冷却された。好ましい単結晶の収率は８６．５％であった。

実施ダ３ 前述の実施例１の方法が、原材料の調整粒子が０．６　Ｘ　０．６Ｘ０．７Ｌｌ ’の寸法をもつことを除いて、繰り返えされた。焼鈍は１５００℃の温度で行わ れた。室内のアルゴンの圧力は１０．７９　ＸＩＯ’　Ｐａであった。原材料の 溶解は３２．０１ｋＷの加熱装置の電力で、種結晶の溶解は３１．４３ｋＷの電 力で、単結晶の構築は３！、　４３ｋＷの電力で、それぞれ行われた。単結晶の 引抜は３１．４３から３：）、５：）ｋ’Ａの電力範囲で２．０　＆ｌ／　ｉｉ 　ｉｒ＋の速度にて行われた。得られた単結晶は１６００℃の温度まで２０℃／ ｍｉｎの速度で冷却された。次いで加熱装置のスイッチが切られた。

好ましい単結晶の収率は８８．５％であった。

実施例４ １０本のチューブがロイコサファイア−から製造された。

各チューブの外径は２０ｍｍであり、内径は１８ｒｎ、長さは８００　ｍｍであ った。成形装置は２０．２ｍｍの上端部面の外径、内径−１７，９ｍ、高さ一５ Ｏｒ：ｍ、毛管の輻−〇。３■、毛管の平均直径−１９，１１１１！Ｉ＋で構成 された。

調整粒子は０−９Ｘ０．９ＸＯ−７ａｍ＋’の寸法であった。焼鈍は１４００℃ の温度で３０分間行われた。室内の不活性ガスの圧力は９．８１ｘｌＯ’　Ｐａ であった。次いで、前述の実施例１で記述された方法が、原材料の調整粒子を溶 解するに際し加熱装置の電力Ｐが２９．８ｋＷであることを除いて、繰り返えさ れた。原材料の溶解は３１．８９ｋＷの加熱装置電力で行われ、種結晶の溶解− ３１，２９ｋＷの電力で、単結晶の構築−３１，４３ｋＫの加熱装置電力でそれ ぞれ行われた。単結晶の引抜は加熱装置電力が３１．５８から３１．５７　ｋＷ の範囲で速度２．０ｍｍ／ｍｉｎにおいて行われた。単結晶は１６００℃の温度 まで２０℃／ｍｉｒ＋の速度で冷却され、その後加熱装置のスイッチが切られた 。好ましい結晶の収率は７５％であった。

実施例５ 直径２．０−の毛管オリフィスが成形装置の軸方向に設けられた。実施例１で述 べられた方法が、原材料の調整粒子の大きさが４Ｘ４Ｘ４ｗ’であることを除い て、繰り返えされた。

焼鈍温度は１４００℃であり、不活性ガス圧力は１．３　ＸＩＯ’　Ｐａであっ た。調整粒子を溶解するための加熱装置電力Ｐは３０．５ｋ１４であった。原材 料の溶解は３３．５５ｋＨの加熱装置電力で行われ、種結晶の溶解−３２，９４ ｋＷ　、単結晶の構築−３２，９４四でそれぞれ行われた。単結晶の引抜は１ｍ ＋ｎ／ｗｉｎの速度で３２．９４から３７．２１に’ｔ：の範囲の加熱装置電力 により行われた。得られた単結晶は１５５０℃の温度まで２０℃／ｍｉｎの速度 で冷却された。好ましい単結晶の収率は７８％であった。

実施例６ 外径１０ｎｕ！ｌ及び内径８ｍのルビー製チューブ形状の単結晶が１０本製造さ れた。成形装置は外径１０．２ｍ、内径７．９０の上端部面及び幅０．３ｒＡ、 平均直径９．０＝の５状毛管で構成された。

原材料としてルビー浣（酸化クロム０．５から３％を含んだアルミナ）が用いら れること及び原材料の調整粒子の寸法が０．９　Ｘｏ、６　ＸＸ０−６ａ’であ ることを除いて、実施例１で記述されたような方法が実施された。焼鈍は１３５ ０℃の温度で行われた。室内の不活性ガスは９．８Ｘ１０’Ｐａであった。成形 装置とるつぼは２０３０℃の温度に加熱された。原材料の調整粒子を溶解する加 熱装置電力Ｐは３０．２ｋＷであった。原材料の溶解は加熱装置電力３１．４ｘ ｋｗで行われ、種結晶の溶解−３１，１１ｋＷ　。

単結晶の構築−３０，８０ｋＷでそれぞれ行われた。単結晶の引抜は１．５ｔｓ ／ｗｉｎの速度で３Ｃ）、　８０から３３．２２ｋＷの範囲内で変化する加熱装 置電力において行われた。得られた単結晶は１５５０℃の温度まで３０℃／＋ｅ ｉｎの速度で冷却された。好ましい単結晶の収率は８１％であった。

実施例７ 直径３閾のロッド形状のルビー製単結晶が１０本製造された。成形装置の上端部 面の直径は３．１゜閣であり、毛管オリフィスの直径は１．５−であった。原材 料の調整粒子の寸法が４Ｘ４Ｘ４＋ｎｍ３であることを除いて、前述の実施例１ で記述された類似の方法が行われた。焼鈍は１４５０℃の温度で行われた。

不活性ガス圧は１０．７９ｘ　ｉｏ’　Ｐ　ａであった。るつぼと成形装置は２ ０３０℃の温度まで加熱された。原材料の調整粒子の溶解における加熱装置電力 Ｐは３０．３ｋｌｌｌであった。原材料の溶解は３３．３３に％ｌｌの加熱装置 電力で行われ、種結晶の溶解−３２，４２ｋＷの電力、単結晶の構築−３２，７ ２に％ｌでそれぞれ行われた。単結晶の引抜はｌ、　Ｑ　薗／　ｍｉｎの速度で ３２．７２から３３．９６ｋＷの範囲の加熱装置電力によって行われた。得られ た単結晶は２０℃の速度で１６００℃の温度まで冷却された。好ましい単結晶の 収率は７９％であった。

実施例８ 外径１０聞及び内径８ＩＩｉ！Ｉ＋、−アルミニューム−イツトリウムガーネッ ト　（融点１９５０℃）製チューブ形状の単結晶が１０木製造された。成形装置 の上端部面は外径１０．３ｃｎ、内径７６９印を有し、環状毛管は平均直径９− １　ｏｎ−”ｉｏ、　２５社を有した。

単結晶を成長するための方法は、アルミニューム−イツトリウムガーネット（Ｙ 、Ａβ、Ｃｌ２）の原材料塊が用いられたこと、及び原材料の調整粒子の寸法が ０．５　Ｘ　Ｏ７５Ｘ　Ｏ，７ｔＭＵ３であったことを除いて、実施例１で記述 された方法で行われた。焼鈍温度は１３００℃、不活性ガス圧は９．９１Ｘ１０ ’　Ｐａであった。

るつぼと成形装置は１９００℃の温度まで加熱された。調整粒子の溶簿における 加熱装置電力Ｐは２７゜５ｋＷてあった。原材料の溶解は３０．２５ｋＷの加熱 装置電力で行われ、種結晶の溶解−２９，７ｋＷ、単結晶の構築−２９，７ｋｌ ｌｉでそれぞれ行われた。単結晶の引抜は２．　Ｏｒｓｒａ／ｌｎ　ｉｎの速度 で２９．７から３３．５５ｋＷの範囲の加熱装置電力により行われた。得られた 単結晶は１５５０℃の温度まで３０℃／ｍｉｎの速度で冷却された。好ましい単 結晶の収率は７２％であった。

実施例９ アルミニウムーイツトリウムが−ネット単結晶が１０本製造されたが、直径５ｍ ｌｌ１Ｏロツドの形状を有していた。成形装置の上端部面の直径は５．１Ｍであ り、軸のまわりにある毛管オリフィスの直径は１．５酬であった。

単結晶を成長するための方法は、調整粒子の寸法が３×３×３−３であることを 除いて、実施例１で記述されたと全く同じ方法によって行われた。焼鈍温度は１ ４５０℃であり、不活性ガス圧は６９Ｘ１０’　Ｐａであった。るつぼと成形装 置は１９００℃の温度まで加熱された。調整粒子の溶解における加熱装置電力Ｐ は２ｇ、１にχであった。原材料の溶解は２９．２２ｋＷで行われ、種結晶の溶 解−２８−９４ｋＷ　、単結晶の構築−２８，６７ｋＷでそれぞれ行われた。単 結晶の引抜は１．５ｍｍ／ｍｉｎの速度で２８．６７から３１．３２肱の範囲の 加熱装置電力により行われた。得られた単結晶は１６００℃の温度まで２０℃／ ｒ３ｉｎの速度で冷却された。

好ましい単結晶の収率は６５％であった。

実施例１０ スカンジウム酸化物（ＳＣ２０３）　（融点２４８５℃）製単結晶が１０本製造 されたが、直径４−のロッドの形状を有していた。

成形装置の上端部高の直径は４．　ｌ　ｒａｔｓであり、軸のまわりにある毛管 オリフィスの直径は１．５■であった。単結晶の成長のための方法は、調整粒子 の寸法が３Ｘ３Ｘ３ａｈｎ３であることを除いて実施例１で記述されたものと全 く同じ方法で行われた。焼鈍温度は１５００℃であり、不活性ガス圧は９．８１ ｘｌＯ’　Ｐａであった。るつぼと成形装置は２４４０℃の温度まで加熱された 。

調整粒子の溶解における加熱装置電力Ｐは３５．１ｋＷであった。

原材料の溶解は８８゜６１ｋＷで行われ、種結晶の溶解−３７゜９１ｋＷ　。

単結晶の構築−３７，５６ｋＷでそれぞれ行われた。単結晶の引抜は２．５ｍｍ ／ｍｉｎの速度で３７．５６から４２．１２ｋＷの範囲の加熱装置電力により行 われた。得られた単結晶は１５５０℃の温度まで２０℃／ｍｉｎの速度で冷却さ れた。好ましい単結晶の収率は７７％であった。

〔産業上の利用可能性〕

本発明による所望形成の単結晶を成長せしめる方法は種々のＳ天性の光学的に透 明な金属化合物、主にロイコサファイアよりなり、実質上機様加工を必要としな い、あらかじめ定められた形状の単結晶の製品のために用いられるもので、器機 製造、化学、冶金、そ（−で、化学的設備の機械部品のような他の工業、光学的 器機、油井の部品、超高純合金の合成と分析のための容器が他の同類の装置と、 また装身具の部品のための生地板と同じように広範囲に使用される。

国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 それぞれの耐火性金属化合物の原材料を加熱装置７より生じた熱効果のもとで不 活性ガス雰囲気中で溶解し、結晶体の領域１６内の種結晶１４を溶解し、単結晶 ３を構築し、それを結晶体の領域１６から必要な長さに引抜き、その間成形装置 ４の毛管システムを通して結晶体の領域１６へ溶融体１２を連続的に供給してお り、加熱装置７の電力を変化させ、しかるのち単結晶３が溶融体１２から切離さ れ、更に冷却されることよりなる方法において、原材料の溶解に先立ち、原材料 の調整粒子が結晶体の領域１６へ配置され、加熱装置７の電力Ｐが調整粒子の溶 解時期において記録され、そして原材料の溶解が（１．０４−１．１）Ｐの加熱 装置電力で行われ、種結晶の溶解が（１．０３−１．０８）Ｐの加熱装置７の電 力で行われ、単結晶３の構築が（１．０２−１．０８）Ｐの電力で、結晶体領域 １６から単結晶３の引抜が（１．０２〜１．２２）Ｐの電力で行われ、そして単 結晶３の冷却が加熱装置７の電力を低めることにより２０〜３０℃／ｍｉｎの速 度でそして、単結晶３を１６００〜１５５０℃の温度に到達するまで行われ、加 熱装置７がスイッチ切断されることを特徴とする耐火性の光学的に透明な金属化 合物の造形単結晶の成長方法。