SE454600B - Sett for framstellning av ett amorft modifierat material - Google Patents

Description

454 600 2 "Metallic Glasses" av Praveen Chaudhair, Bill C. Giessen och David Turnbull, sid 98, vol. 242, Nr 4, Scientific A_rn_e_1¿i_<=_a_r¿. aprii 1980; "Metallic Glasses" av John J. Gilman, science, sid 436, vol. 208, maj 1980; Metallic Glasses, publicerad av "American Society for Metals“, 1976, Meadowpark, Ohio 44073.

Framställning av amorfa halvledarmaterial har också tidigare föreslagits, exempelvis genom vakuumavsättning, t ex förstoftning, avsättning från ångfasen eller glim- urladdning, etc. Framställning av ett modifierat amorft halvledarmaterial har vidare föreslagits, vilket material har ett modifieringsmaterial i sig för åstadkommande av ett s k modifierat amorft halvledarmaterial, i vilket den elektriska ledningsförmâgan och andra önskade parametrar kan styras. Exempel på sådana förfaranden för framställ- ning av ett modifierat eller omodifierat amorft halv- ledarmaterial avslöjas i US patentskrifterna 4 177 473, 4 177 474 och 4 178 415.

Såsom kommer att förklaras närmare i detalj i det följande skiljer sig sättet och apparaten enligt före- liggande uppfinning från vad den tidigare tekniken be- skriver genom âstadkommande av ett eller flera modifie- rande ämnen, som kan införas i den amorfa grundmassan eller matrisen på så sätt att de kan koma in i matrisen med sin egen oberoende, separat styrbara störtkylningshastig- het. Det eller de modifierande ämnena kan således frysas in i matrisen för att inte endast komma in i materialets primära bindning och bli del av legeringen utan, vilket är det mest betydelsefulla, frysas in i legeringen pâ ett sätt utan jämvikt. Detta duplicerar väsentligen de filmframställningsprocesser som finns beskrivna i ovan- nämnda patent, så att materialparametrarna för den solida bulkmaterialslegeringen är styrbara relativt oberoende, dvs i legeringsmaterial med ett väsentligt bandgap en elektrisk aktivering, som är relativt oberoen- de av gapet. Detta utvidgar de unika fördelarna med modi- fieringsprocesserna till materialtjocklekar som är väsent- 454 600 3 ligt större än s k filmer.

Detta eller dessa modifierande ämnen kan tilläggas genom åstadkcmmande av relativ rörelse mellan matrisen och det eller de modifierande ämnena, exempelvis genom åstadkommande av ett eller flera ytterligare flöden, såsom ett andra materialflöde, vilket riktas från ett andra munstycke i en metallspinningsapparat, varvid det andra munstyoket utgör utloppet från en behållare från ett modifieringsfluidummateria1. Detta andra munstycke är anordnat-att rikta modifieringsfluidummaterialet mot underlaget i ett flöde, som konvergerar med flödet av metalliskt eller halvledande matrismaterial (host matrix material), som riktas mot underlaget från ett första munstycke, där eller innan värdmaterialet gör kontakt med underlaget. På detta sätt framställes ett modifierat amorft metalliskt eller halvedande glasmaterial, i vilket de optiska och elektriska transportegenskaperna hos det genom sättet bildade materialet kan styras och ett reglerat antal och slag av bindningspunkter kan åstad- kommas i det modifierade amorfa materialet.

Såsom kommer att förklaras närmare i detalj i det följande har vidare de modifierade amorfa glasmaterial som framställes enligt föreliggande uppfinning olika egenskaper, som är fördelaktiga. Ett modifierat glas- material med ett stort antal bindningspunkter kan exempelvis utnyttjas för katalytisk aktivitet liksom för lagring av gaser, vilkas atomer binder vid det regle- rade antalet och slaget av bindningspunkter i materialet.

Ett modifierat amorft halvledarmaterial, i vilket de optiska och elektriska transportegenskaperna kan regleras, kan å andra sidan utnyttjas för en mängd olika halvledar- don i fastämnesutförande, exempelvis termoelektriska don eller don med andra önskade egenskaper, såsom där regle- ringen av tillstândstätheten vid Fermi-nivån kan åstad- komma laddningsbäraruppsamlaraktivitet.

Enligt uppfinningen är ett sätt åstaåkommet för fram- ställning av ett amorft, modifierat glasmaterial, vilket sätt kännetecknas av åtgärderna att anordna ett kylande 454 600 4 underlag, att leda ett fluidalt matrismaterial i ett flöde mot underlaget för formning på detta, att leda åtminstone ett fluidalt material. innefattande åtminstone ett modifieringsmaterial, i ett flöde mot underlaget i en sådan riktning, att flödet av nämnda minst ena modifieringsmaterial konvergerar med matrismaterialet för att kombineras med och störtkylas väsentligen sam- tidigt med detta, att styra flödeshastigheterna oberoende av varandra, att åstadkomma relativ rörelse mellan under- laget och flödena samt att hålla underlaget vid en kyl- ningstemperatur, som i förening med den relativa rörelsen och flödeshastigheterna kyler de kombinerade matris- och modifieringsmaterialen, då dessa gör kontakt med varandra, med en störtkylningshastighet från 104 °C/s till åtminstone 108 °C/s för att därmed bilda ett band av modifierat amorft glasmaterial, i vilket de optiska och elektriska transportegenskaperna samt antalet och slaget av elektronkonfigurationer är styrbara, varigenom förhållandena mellan atomära elektronomloppsbanor i matrismaterialet och modifieringsmaterialet styres.

En apparat för genomförande av sättet har enligt uppfin- ningen de i patentkravet 6 angivna kännetecknen.

Genom att reglera det modifierade materialets olika egenskaper och konfigurationer kan materialets elektriska, kemiska, termiska eller fysiska egenskaper regleras oberoende. Den oberoende regleringen av materialets egenskaper, såsom bindnings- och antibindningssamband och -lägen i tre dimensioner, âterfinnes normalt ej i kristallina material, åtminstone ej i stora och regler- bara antal. Detta gäller speciellt för ett ämne för modifiering av d-bandet eller flera omloppsbanor. Ämnen för modifiering av d-bandet eller flera omloppsbanor gör det möjligt för de modifierade materialen att uppvisa stabila omloppsbanekonfigurationer, vilka utan att vara i jämvikt har frusits fast genom den oberoende regler- bara störtkylningshastigheten.

I ett smältningsförlopp skulle sambanden och kylnings- hastigheten för matrisen och det tillagda ämnet tillåta det tillagda ämnet att inbegripas i de normala matris- 454 600 strukturbindningarna. I processerna enligt uppfinningen blir de modifieringsämnen, såsom beskrivet i ovannämnda patent. Tidsstyrningen för införandet av det eller de modifierande ämnena kan regleras oberoende av eventuella kristallina begränsningar. Strömningshastigheten för modifieringsämnet kan regleras och kan vara varierat eller intermittent samt kan inbegripa gasformiga modifie- ringsämnen i flödet eller omgivningen. Genom oberoende reglering av omgivningen, störtkylnings- och strömnings- hastigheterna samt tidsstyrningen kan ett nytt bulk- material eller en ny legering formas med de önskade egenskaperna, vilka ej har något motsvarighet bland kristallina material.

I en föredragen utföringsform av uppfinningen riktas matrismaterialet och modifieringsmaterialet också mot underlaget genom första och andra munstycken, vilka vartdera är inställda att rikta fluidummaterial mot underlaget i en vinkel mellan 90° och 30° mot underlaget, varvid ett av munstyckena är beläget bakom det andra munstycket, så att båda munstyckena befinner sig i huvudsak i samma vertikalplan och så att flödena från munstyckena konvergerar i nämnda vertikalplan.

I en annan föredragen utföringsform riktas dessutom matrismaterialet och modifieringsmaterialet mot under- laget genom första och andra munstycken, vilka vartdera är inställda att leda fluidummaterial mot underlaget i en vinkel på mellan 900 och 30° mot underlaget, varvid munstyckena'är skilda åt i sidled och lutade mot varandra på sådant sätt, att de från dem utgående flödena konver- gerar i ett plan, vilket sträcker sig i sidled relativt riktningen för den relativa rörelsen samt bildar en vin- kel på mellan 300 och 900 med horisontalplanet.

I ännu en annan föredragen utföringsform riktas matrismaterialet och modifieringsmaterialet mot under- laget medelst första och andraakoncentriska munstycken, vilka är så anordnade, att materialflödena, som utgår från dem, konvergerar med varandra vid eller före kontak- ten mellan materialen och substratet, varvid de koncentris- ka munstyckena är inställda att vid underlaget rikta flui- u. 454 600 6 dummaterialet i en vinkel mellan 90° och 30° mot en linje på underlaget, vilken linje sträcker sig i riktningen för relativ rörelse.

Föredragna utföringsformer av uppfinningen skall beskrivas närmare i det följande under hänvisning till medföljande ritningar. Fig l är en sidovy av en utförings- form av apparaten enligt föreliggande uppfinning, innefattande första och andra munstycken, det ena bakom det andra, för att rikta ett matrisfluidummaterial samt ett modifieringsfluidummaterial mot en tangent av ett roterande underlag. Fig 2 är en frontvy av en annan utföringsform av apparaten enligt föreliggande uppfinning, varvid de första och andra munstyckena i apparaten är skilda åt i sidled. Fig 3 är en sidovy av en annan ut- föringsform av apparaten enligt föreliggande uppfinning, vilken utföringsform är likartad den i fig 1 och har båda munstyckena lutade mot tangenten, varvid området för munstyckenas vinkelläge anges. Fig 4 är en tvärsnittsvy av en annan utföringsform med koncentriska första och andra munstycken, utnyttjade vid sättet och apparaten enligt föreliggande uppfinning. Fig 5 är en frontvy av en utföringsform av det roterande underlaget, som har formen av ett hjul med ett ringformigt spår, i vilket flöden av värdfluidummaterial och modifieringsfluidum- material ledes. Fig 6 är en vertikal tvärsnittsvy av en annan utföringsform av det roterande underlaget, som har formen av en cylindrisk trumma med en inåtvänd cylindrisk underlagsyta. Fig 7 är en sidovy av ännu en annan utföringsform av det roterande underlaget, som har formen av ett hjul med en avfasad yta.

I fig l, vartill nu hänvisas, visas en metallspinnings- apparat 10, som är konstruerad i överensstämmelse med föreliggande uppfinning. Metallspinningsapparaten 10 inne- fattar ett hjul 12, som bildar ett rörligt, dvs roterbart underlag med en underlagsyta 14. Hjulet 12 bringas att rotera av en primär drivanordning, såsom den i fig 2 visade primära drivanordningen 16.

Metallspinningsapparaten 10 kan innefatta en första 454 600 7 i huvudsak cylindrisk behållare 18, som är placerad över hjulet 12 och har ett munstycke 20, som bildar ett bottenutlopp från behållaren 18. Behållaren 18 är in- rättad att mottaga och kvarhålla ett fluidalt, metalliskt eller halvledande matrismaterial.

I den åskådliggjorda utföringsformen är en spole 22 anordnad kring behållaren 18 för uppvärmning av korn- formiga partiklar av matrismaterialet i behållaren över dettas smältpunkt, så att det omvandlas till ett flui- dalt matrismaterial. Vid den övre änden av behållaren 18 finns också en kolv 24, på vilken kan ligga en tung massa, så att en tryckkraft till följd av tyngden âstadkommes på det fluidala matrismaterialet i behållaren 18. Alter- nativt kan tryck påläggas kolven 24 medelst en pnuematisk eller hydraulisk kolv- och cylindermekanism eller medelst en elektrisk skruvdrivningsmekanism, så att ett relativt konstant tryck pålägges det fluidala matrismaterialet i behållaren 18 för att bringa detta att lämna mun- stycket 20 i ett flöde 28, såsom visat i fig l.

Såsom visat är munstycket 20 beläget för att rikta flödet 28 mot underlagshjulet 12 i en vinkel på ungefär 900 mot en tangent på hjulunderlagsytan 14. Denna vinkel kan varieras genom ett område på 60° från 30° till 900.

I överensstämmelse med föreliggande uppfinning inne- fattar metallspinningsapparaten 10 vidare en andra be- hållare 38, i vilken finns ett fluidalt modifierings- material. Behållaren 38 har ett bottenutloppsmunstycke 40, som är anordnat att rikta ett flöde 42 av mødifie- ringsfluidummaterial mot flödet 28, så att det konver- gerar med flödet 28 på underlaget eller innan flödet 28 av matrismaterialet gör kontakt med underlagsytan l4 på hjulet 12.

Liksom behållaren 18 är behållaren 38 väsentligen cylindrisk och har en spole 44 kring sig för uppvärmning av kornformigt modifieringsmaterial, gom har placerats i behållaren. Genom att leda ström genom spolarna 22 och 44 uppvärmes med andra ord värd- och modifierings- materialen medelst elektromagnetisk energi över sina ' 15 454 600 8 smältpunkter, så att fluidala värd- och modifierings- material åstadkommas. Det inses att andra medel än spolarna 22 och 44 kan vara anordnade för uppvärmning av de kornformiga matris- och modifieringsmaterialen, vilka mottagits i respektive behållare 18 och 38.

Liksom behållaren 18 har behållaren 38 en kolv 54 vid sin övre ände, vilken kolv medelst en därpå placerad vikt och tyngdkraften eller medelst en pneumatisk eller hydraulisk kolv- och cylindermekanism eller medelst en elektromakanisk skruvdrivanordning kan anbringa tryck på det fluidala modifieringsmaterialet i behållaren 38 för att bringa detta att avgå under tryck i flödet 42, som är anordnat att konvergera med flödet 28 av det fluidala matrismaterialet.

Såsom visat är munstycket 40 beläget bakom mun- stycket 20 och i en vinkel på ungefär 45° mot en horison- tell tangent till underlagshjulsytan 14. Munstyckets 40 läge kan åter varieras mellan 300 och 900 och munstycket 40 kan placeras framför eller bakom munstycket 20.

Hjulet 12 kan vara framställt av ett kraftigt ledande material, såsom koppar eller aluminium, och har typiskt en diameter mellan 13 cm och 25 cm. Alternativt kan det rörliga underlaget, såsom hjulet 12, vara framställt av eller ha en beläggning av andra material, som kan vara växelverkande eller ej. Störtkylningshastigheten kan regleras genom termisk ledningsförmåga eller genom ' kylning. En materialbeläggning eller tunn materialfilm på underlagsytan kan vara av ett särskilt slag och kan om önskat vara delvis inbegripen i det resulterande, modifierade legeringsbandet, såsom ett dopmedel eller annat modifierande ämne.

Vid utövande av ett sätt enligt uppfinningen, som utnyttjar metallspinningsapparaten 10, bringas hjulet 12 att rotera med en hastighet på 1000-5000 r/min, företrä- desvis 2000-3000 r/min, för åstadkommande av en linjär hastighet på 1000-2000 cm/s vid tangentunderlagsytan, där flödena 28 och 42 gör kontakt med hjulets 12 under- lagsyta 14. I 454 600 9 Tillräckligt tryck åstadkommes också av de tryck- påläggande kolvarna 24 och 54, så att flödena 28 och 42 av det fluidala matrismaterialet och det fluidala modi- fieringsmaterialet lämnar munstyckena 20 och 40 med en hastighet på 200-300 cm/s. Vart och ett av munstyckena och 40 har också typiskt en utloppsmynning med en diameter på mellan 0,005 cm och 0,15 cm eller mer.

Var och en av strömningshastigheterna är oberoende styr- bar.

För att minimera, om än ej helt eliminera, förorening av värd- och modifieringsmaterialen eller det av dessa bildade materialet är apparaten omgiven av en inert gas, då så är önskvärt, t ex argon, neon, helium, krypton eller xenon, och sättet utföres under tryck från vakuum till 400 kPa. Då så är önskvärt kan omgivningen och/eller flödena också innehålla en eller flera aktiva gaser, vilka inbegripes i legeringsbandet, såsom syre, kväve, kiseltetrafluorid eller arsin.

Såsom angivits ovan är flödena 28 och 42 så inriktade, att de konvergerar efter det att eller innan de gör kontakt med underlagsytan l4. När flödena 28 och 42 gör kontakt med underlagsytan 14, är temperaturskillnaden mellan hjulets 12 temperatur och temperaturen hos vartdera av flödena 28 och 42 i förening med den linjära hastig- heten hos underlagsytan 14 vid tangenten sådan, att det kombinerade flödet störtkyles med en störtkylnings- hastighet från l04°C/s till åtminstone l08°C/s.

För att uppnå denna störtkylninghastighet upprätthålles hjulets 12 temperatur på mellan 4,2°K och omgivnings- rumstemperaturen. Omgivningsrumstemperaturen kommer ofta att ge en tillräcklig störtkylningshastighet som följd av temperaturskillnaden mellan underlagsytans 14 temperatur och flödenas 28 och 42 temperaturer samt som följd av den höga linjära hastigheten vid tangentkontaktpunkten på underlagshjulytan 14. Ju lägre hjulets 12 temperatur är, desto högre är naturligtvis störtkylningshastigheten.

Som följd av störtkylningen av flödena 28 och 42 av fluidala matrismaterial och fluidala modifieringsmaterial 454 600 vid en hög störtkyiningsnastighet från 1o4°c/s till åtminstone l08°Ö/s framställes ett band 60 av modifierat amorft glasmaterial, vilket band lämnar hjulet 12 på i fig 1 visat sätt. Detta bands bredd kan naturligt- vis varieras i beroende av storleken av munstyckenas 20 och 40 utloppsöppningar.

Av aktuella studier framgår det att vardera munstycks- öppningen kan ha en avsevärd längd i riktningen för hjuléts 12 rotationsaxel och ha en bredd mellan 0,005 och 0,15 cm eller mer för att därmed bilda fluidala, arkliknande flöden, vilkan kan konvergera efter det att eller innan de gör kontakt med underlagsytan 14. På detta sätt kan ett bredare band av modifierat amorft material framställas med sättet och apparaten 10 enligt föreliggande uppfinning.

I den i fig l âskâdliggjorda htföringsformen är emeller- tid munstyckena 20 och 40 i huvudsak belägna i ett verti- kalplan, som är kolinjärt med hjulets 14 rotationsrörelse- riktning.

Sättet och apparaten l0 kan användas för framställning av en amorf modifierad metall eller en amorf modifierad halvledare. Vid utförande av sättet enligt föreliggande uppfinning-under utnvttjande av apparaten 10 för fram- ställning av en amorf modifierad metall kan det fluidala matrismaterialet i behållaren 18 vara en metall eller metallegering, som modifieras med en metall, halvledare eller metallegering i behållaren 38. Modifieraren är typiskt en väsentlig procentuell andel, t ex 0,5~30% (atom-%), i det resulterande bandet 60 av modifierat amorft material. Liksom i ovannämnda patentskrifter skulle t o m mindre mängder av modifieringsämnen kunna utnyttn jas för att förändra den elektriska ledningsförmågan genom kompensering eller dopning. Här hänvisas även till US patentskrifterna 4 217 374 och 4 226 898. Små materialmängder kan utnyttjas tillsammans med kisel, skapat i bulkform under tiden i ett reaktivt plasma av fluor och/eller väte. Modifieringsämnet kan vara en arsenikförening; i vilken endast miljontedelar (ppm) skulle erfordras för dopning av bulkmaterialet. 454 600 11 Genom störtkylning av den modifierade smälta metallen eller smälta metallegeringen vid en störtkylnings' hastighet på från l04°C/S till l08°C/s eller mer uppnås ett modifierat amorft metallglasband 60, vilket på grund av att det har frusits fast i det amorfa till skillnad från det kristallina tillståndet och är modifierat kommer att ha ett betydande antal sönderdel- ningspunkter för molekyler och bindningspunkter, dvs högvalenta atomer med många ofyllda eller ej anslutna valenspositioner, som ger bindningspunkter för fria atomer i en gas, så att materialet är användbart för lagring av gaser och kan ge ett material, vilket kan simulera de katalytiska kemiska egenskaperna hos en ädelmetall utan att innefatta någon ädelmetall. vid utförande av sättet enligt föreliggande uppfin- ning kan det fluidala matrismaterialet också vara ett halvledarmaterial, exempelvis kisel; kiseloxid; kol; kisel och kväve; bor och kol; bor och kväve; kisel och kväve; tellur, selen och germanium eller tellur, selen, germanium och arsenik, som modifieras medelst ett halv- ledar- eller metallmaterial.

Vid framställandet av ett modifierat halvledarglas- material är matrismaterialet kiseloxid, där förhållandet mellan kisel och syre är representerat av Siox, varvid x kan regleras från 0 till 2, och modifieraren är en alkalimetall, såsom litium, som kan utgöra exempelvis 0,5-30% (atom-%).

Vid utförande av sättet enligt föreliggande uppfin- ning kan modifieringsmaterialet vidare vara en halvledare eller en metall, exempelvis en övergångsmetall, t ex volfram, eller en sällsynt jordartsmetall och andra ämnen, som kan ge de egenskaper som är beskrivna i ovannämnda patentskrifter och -ansökan, såsom flervalens- och fleromloppsbaneämnen.

En av fördelarna med föreliggande uppfinning är det förhållandet, att ett glasmaterial kan framställas till skillnad från ett s k tunnfilmsmaterial. I detta samman- 454 600 12 hang är modifierade amorfa halvledande tunnfilmsmaterial samt sätt för framställning av dessa med de kompositioner som är omnämnda ovan beskrivna i US patentskrifterna 4 177 473, 4 177 474 och 4 178 415, till vilka härmed hänvisas.

Sådana tunnfilmsmaterial har typiskt använt vakuum- avsättningstekniker, såsom förstoftning, avsättning från ångfasen eller glimurladdning.

En särskild fördel med sättet och apparaten 10 enligt föreliggande uppfinning är den, att genom utnyttjande av metallspinningstekniker man i överensstämmelse med föreliggande uppfinning kan framställa ett modifierat amorft metall- eller metallglasmaterial eller ett modifierat amorft halvledarglasmaterial och därmed fram- ställa större mängder av materialet än vad som för när- 'varande är tillgängligt med utnyttjande av s k tunnfilms- framställningstekniker. På detta sätt kan relativt stora mängder av modifierade amorfa glasmaterial framställas, i vilka material de optiska och elektriska transport- egenskaperna samt materialets kemiska egenskaper kan styras och i vilka ett reglerat antal och slag av elek- tronkonfigurationer kan regleras. Den särskilda reaktions- förmågan eller bristande reaktionsförmågan kan konstrue- ras, exempelvis då kemisk inerthet erfordras.

I fig 2, vartill nu hänvisas, âskâdliggöres en annan utföringsform av en metallspinningsapparat enligt före- ' liggande uppfinning, vilken apparat allmänt är betecknad med hänvisningsnumret 110. Metallspinningsapparaten 110 innfattar ett hjul ll2, vilket har en jämn cylindrisk underlagsyta 114 och vilket drives av den primära driv- anordningen 16. I denna utföringsform är en behållare 118 för ett fluidalt matrismaterial belägen på visat sätt på en sida om en tangent till ytan 114, varvid ett utloppsmunstycke 120 från behållaren riktar ett flöde av matrismaterial i en sidvinkel mot och innefattan- de en tangent till underlagsytan 114. I stället för att vara placerad i ett vertikalplan, som är parallellt med -u 454 600 13 hjulets 112 rotationsriktning, befinner sig munstycket 120 i denna utföringsform i ett plan, som bildar en vinkel på ungefär 60° med ett rotationsplan för hjulet 112.

I denna utföringsform är också en behållare l38, likartad behållaren 38 i fig 1, anordnad för inrymmande av ett fluidalt modifieringsmaterial. Behållaren 138 har ett munstycke 140, vilket är placerat på den andra sidan av tangenten och är anordnat att rikta ett flöde 142 av fluidalt modifieringsmaterial i en sådan riktning, att det komer att konvergera med flödet 128 av fluidalt matrismaterial efter det att eller innan flödet av matrismaterialet gör kontakt med underlagsytan 114.

Munstycket 140 är också så placerat, att det från det- samma utgående flödet 142 ligger i ett plan, som bildar ungefär 60° med ett rotationsplan för underlagsytan 114.

Såsom visat är munstyckena 120 och 140 skilda åt i sidled och ligger ej-i.ett vertikalplan det ena bakom det andra, såsom i metallspinningsapparaten 10 i fig 1.

Munstyckena 120 och 140 är snarare placerade i en sido- vinkel på 300-80° mot en tangent samt en vinkel på 900-300 relativt den linjära rörelseriktningen vid tangenten och med avseende på ett horisontalplan, som innehåller denna tangent..Om munstyckena 120 och 140 betraktas från en sida av hjulet 112 komer de således att ligga i linje med varandra och vara belägna i en vinkel på 900-30° mot en tangent till hjulet. Då hjulet betraktas från en riktning vinkelrätt mot rotationsaxeln, lutar de mot ett plan, som innehåller en tangent och ett band 160 av glasmaterial, vilket lämnar substratytan 114.

I fig 3 âskådliggöres en del av en annan utförings- form av metallspinningsapparaten enligt föreliggande uppfinning, allmänt identifierad med hänvisningsnumret 210. I denna utföringsform bildar ett munstycke 220 från en behållare för värdmaterial en vinkel på 45° med en tangent och är placerat bakom ett munstycke 240, som sträcker sig från en behållaren för modifieringsmaterial och är placerat i en vinkel på 600, så att de konver- 454 600 14 gerande flödena 228 och 242 av det fluidala matrismate- rialet och det fluidala modifieringsmaterialet, som lämnar munstyckena, gör kontakt med en roterande underlags- yta 244 i en svagt spetsig vinkel mot tangenten och den linjära rörelseriktningen för underlagsytan 244 vid tangenten.

Det framgår också av fig 3 att läget för munstyckena för matrismaterialet och modifieringsmaterialet kan växlas med ettdera_bakom det andra och med vartdera munstycket beläget inom en cirkelbåge på 60° från 90° mot tangenten till 300 mot tangenten.

I fig 4, vartill nu hänvisas, åskådliggöres ett annat munstyckesarrangemang 250, innefattande ett första inre munstycke 252 och ett koncentriskt yttre ringformigt munstycke 254. Såsom visat är en undre utloppsmynning 256 hos munstycket 252 belägen inuti det yttre mun- stycket 254 över dettas utloppsmynning 258. Munstycket 254 har en stympat konisk sektion 260 för att bringa fluidummaterialet däri att konvergera och blanda sig med fluidummaterialet, som kommer ut från utlopps- mynningen 256, vilken öppnar in i.den stympat koniska sektionen 260.

I denna utföringsform är också en ringformig skulder- formation 262 anordnad nederst på den stympat koniska sektionen 260 och över utloppsöppningen 258 för att där- med åstadkomma viss turbulens och bättre blandning av I fluidummaterialen.

I denna utföringsform finns det fluidala modifierings- materialet i det inre munstycket 252 och det fluidala matrismaterialet i det yttre ringformiga munstycket 254.

Munstyckenas 252 och 254 diametrar kan emellertid varieras på så sätt, att modifieringsmaterialet föres i det ring- formíga munstycket 254 och värdmaterialet föres i det inre munstycket 252.

Om önskat kan också ett tredje koncentriskt mun- stycke 264 vara anordnat mellan det första munstycket 252 och det andra munstycket 254. Detta tredje munstycke få* 454 600 264 (och t o m andra ytterligare munstycken) kan an- vändas för tillförande av andra material, exempelvis en annan modifierare, legering eller ett annat dopnings- medel till värdmatrismaterialet.

Liksom i den föregående utföringsformen är mun- styckena 252 och 254 så anordnade, att materialflödena, som lämnar dessa, konvergerar med varandra vid eller före kontakten med underlaget, samt är placerade att rikta fluiammeterieien me: underlaget i en vinkel på 9o°-3o° mot en linje på substratet, vilken linje sträcker sig i riktningen för relativ rörelse.

Genom denna utföringsform är det klart att om önskat ett eller flera ytterligare munstyckena kan tilläggas i apparaten 10, 110 eller 210.

Den roterande underlagsytan kan ha en mängd olika former och i fig 5 åskâdliggöres ett hjul 312 med en roterande underlagsyta 314, i vilken finns ett ringformigt spår 315, som flödena av värd- och modifieringsmaterial ledes in i. Det ringformiga spåret 315 har en harv- elliptisk eller halvcylindrisk tvärsektion, så att ban- det av glasmaterial, som lämnar hjulet 314, har en i huvudsak elliptisk tvärsektion.

I fig 6 åskâdliggöres ett trumformigt hjul 412, vilket har en inre cylindrisk underlagsbildande yta 414, mot vilken de kombinerade flödena av fluidalt matris- material och fluidalt modifieringsmaterial riktas.

Vidare åskâdliggöres i fig 7 ett hjul 512, vilket har en avfasad underlagsyta 514, som är en krökt yta, som sträcker sig från en största diameter 515 på en sida av hjulet 512 till en minsta diameter 516 på den andra sidan av hjulet 512.

Formen för den i rörelse varande underlagsytan på hjulet eller trumman, som utnyttjas i metallspinnings- apparaten 10, ll0 eller 210, kan varieras, såsgm visat i fig 5, 6 och 7, och kan ha andra utseenden och dimen- sioner än som visas i dessa figurer. Exempelvis kan en mycket bredare cylindrisk underlagsyta 14 åstadkommas, 454 6Û0 16 då utloppsmynningarna från utloppsmunstyckena 20 och 40 för fluidalt matrismaterial och fluidalt modifierings- material har en mycket större längd i en riktning paral- lellt med hjulets 12 rotationsaxel, varvid det eller de yttre munstyckena omger det inre munstycket, dvs koaxiella/intilliggande munstycken, för erhållande av ett brett band av modifierat amorft glasmaterial, såsom beskrivits ovan. Ett plant underlag skulle också kunna anordnas med en framstegning av underlaget och/eller munstyckena för âstadkommande av relativ rörelse.

Claims (10)

10 15 20 25 30 454 600 17 PATENTKRAV

1. Sätt för framställning av ett amorft, modifierat glasmaterial, k ä n n e t e c k n a t av åtgärderna att anordna ett kylande underlag, att leda ett fluidalt matrismaterial i ett flöde mot underlaget för formning på detta, att leda åtminstone ett fluidalt material, innefattande åtminstone ett modifieringsmaterial, i ett flöde mot underlaget i en sådan riktning, att flödet av nämnda minst ena modifieringsmaterial konvergerar med matrismaterialet för att kombineras med och stört- kylas väsentligen samtidigt med detta, att styra flödes- hastigheterna oberoende av varandra, att åstadkomma relativ rörelse mellan underlaget och flödena samt att hålla underlaget vid en kylningstemperatur, som i förening med den relativa rörelsen och flödeshastigheterna kyler de kombinerade matris- och modifieringsmaterialen, då dessa gör kontakt med varandra, med en störtkylnings- hastighet från 104 °C/s till åtminstone 108 °C/s för att därmed bilda ett band av modifierat amorft glas- material, i vilket de optiska och elektriska transport- egenskaperna samt antalet och slaget av elektronkonfigura- tioner är styrbara, varigenom förhållandena mellan atomära elektronomloppsbanor i matrismaterialet och modifie- ringsmaterialet styres.

2. Sätt enligt patentkravet 1, n a t därav, att matrismaterialet och flödet av modifie- k ä n n e t e c k - ringsmaterialet kombineras efter det att eller innan matrismaterialet formas på underlaget.

3. Sätt enligt patentkravet 2, k ä n n e t e c k - n a t därav, att matrismaterialet och modifierings- materialet riktas mot underlaget genom första och andra munstycken, som vartdera är placerade att rikta fluidalt material mot underlaget i en vinkel på 90°-30° mot under- laget.

4. Sätt enligt något av patentkraven l-3, k ä n n e - 10 15 20 25 30 35 454 600 18 t e c k n a t därav, att det utföres i en reglerad atmosfär.

5. Sätt enligt patentkravet 4, k ä n n e t e c k - n a t därav, att i den reglerade atmosfären innefattas en reaktiv gas, som åtminstone delvis skall inbegripas i matrismaterialet.

6. Apparat för framställning av ett amorft, modifierat glasmaterial, k ä n n e t e c k n a d av ett kylande underlag (14), organ (18, 20, 22, 24) med ett första munstycke (20) för riktande av ett fluidalt matrismate- rial i ett flöde mot underlaget för formning på detta, organ (38, 40, 44, 54) med ett andra munstycke (40) för riktande av åtminstone ett fluidalt material, inne- fattande åtminstone ett modifíeringsmaterial, i ett flöde (42) mot underlaget i sådan riktning, att flödet av nämnda åtminstone ena modifieringsmaterial konvergerar med matrismaterialet för att kombineras med och stört- kylas väsentligen samtidigt med detta, organ för styrning av flödeshastigheterna oberoende av varandra, organ (16) för àstadkommande av relativ rörelse mellan underlaget och flödena samt organ för att hålla underlaget vid en kylningstemperatur, som i förening med den relativa rörelsen och flödeshastigheterna har förmåga att kyla de kombinerade matris- och modifieringsmaterialen, då dessa gör kontakt med varandra, med en störtkylningshas- tighet från 104 °C/s till åtminstone 108 °C/s, så att ett band (60) av modifierat amorft glasmaterial bildas, i vilket material de optiska och elektriska transportegen- skaperna samt antalet och slaget av elektronkonfigura- tioner är styrbara.

7. Apparat enligt patentkravet 6, k ä n n e t e c k - n a d av organ (18, 20, 22, 24, 38, 40, 44, 54) för att kombinera matrismaterialet och flödet (42) av modi- fieringsmaterial efter det att eller innan matrísma- terialet formas på underlaget (14).

8. Apparat enligt patentkravet 6, k ä n n e t e c k - n a d därav, att det första munstycket (20) och det 10 454 600 19 munstycket (40) vartdera är placerade för att rikta fluidummaterial mot underlaget i en vinkel på 90°-30° mot underlaget.

9. Apparat enligt något av patentkraven 6-8, k ä n - n e t e c k n a d av organ för att reglera atmosfären kring underlaget. i

10. Apparat enligt något av patentkraven 6-9, k ä n n e t e c k n a d av organ (264) för att leda ett tredje flöde av ytterligare material, såsom ett modifieríngs-, legerings- eller dopningsmedelsmaterial, mot matrismaterialet på sådant sätt, att materialflödena konvergerar efter det att eller innan flödena gör kontakt med underlaget.