Liudvichenko O. Influence of resistive heating conditions of a high-pressure cell on the crystallization of GaN from the Fe–Ga–N melt-solution system

Українська версія

Thesis for the degree of Doctor of Philosophy (PhD)

State registration number

0824U000663

Thesis Registration Form

0824U000663.pdf

Applicant for

Specialization

  • 132 - Матеріалознавство

Specialized Academic Board

ID 4669

V. Bakul Institute of superhard material of the National Academy of Sciences of Ukraine

Essay

The dissertation is devoted to establishing the conditions of resistive heating of high-pressure cells of "toroid-30" and "toroid-40" types of apparatuses for researching the solubility of gallium nitride in Armco-iron and the crystallization of GaN from the Fe–Ga–N melt-solution system. Established that values of the temperature gradient ~13 °С/mm, aggregate chaotic growth of GaN crystals takes place; when the temperature gradient is reduced to values of ~8 °С/mm, a textured GaN quasi-single crystal is formed; with a further decrease in the temperature gradient to 1.5 °С/mm, incompressible growth of petal-shaped GaN single crystals up to 3 mm in size is observed, which combine into bush-like druses. The resistive heating schemes of the cell HPA "toroid-40" have been optimized, which ensure a decrease in the temperature gradient and lead to an improvement in the structural perfection of GaN crystals. To ensure the growth of petal-shaped GaN single crystals from the Fe–Ga–N system in a temperature gradient, the heating scheme of the cell of the HPA "toroid-40" type using combined end heaters with a graphite disk diameter of 10 mm is optimal. The average value of the axial temperature gradient in this case is 1.5 °С/mm, the temperature isolines have a horizontal orientation. It is shown that with the growth of the GaN crystallization zone, the temperature in the crystallization volume decreases slightly (up to 5 °С), which does not require additional adjustment of the thermal state of the cell during long-term modes of GaN crystallization in a temperature gradient. Established that for conducting experiments on the solubility of gallium nitride in iron in the HPA "toroid-30" type, the optimal cell heating scheme is 60% concentration of ZrO2 in axial heaters and wall thickness of the tubular heater of 1.5 mm, which provides the temperature in the sample varies in the interval 1805–1842 С. At the same time, varying the wall thickness of the tubular heater from 1.0 to 2.1 mm leads to a slight (~2 С) increase in the maximum temperature difference in the GaN+Fe sample with a simultaneous linear temperature change in the centre of the sample from 1580 to 2059 С, which makes it possible to study it in a wide temperature range without changing the degree of homogeneity of its thermal state.

Read more

Research papers

1. Liudvichenko O.P., Lyeshchuk O.O., Petrusha І.A. Effect of the concentration of components and the size of heaters on the thermal state of a high-pressure cell to study the solubility of gallium nitride in iron. J. Superhard Mater. 2023. Vol. 45, no. 2. P. 83–92.

2. Людвіченко О.П., Анісін О.М., Лєщук О.О., Щидловський В.І. Скінченноелементний аналіз електрорезистивного нагрівання апарата високого тиску для дослідження розчинності GaN у Fe. Mech. Adv. Technol. 2021. Vol. 5, no. 3. C. 302–306.

3. Людвіченко О.П., Анісін О.М., Лєщук О.О., Петруша І.А. Моделювання теплового стану апарата високого тиску при дослідженні розчинності нітриду ґалію в залізі. Інструментальне матеріалознавство: Зб. наук. праць. Київ: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2021. Вип. 24. С. 325–334.

4. Людвіченко О.П., Лєщук О.О., Гордєєв С.О. Моделювання теплового стану комірки апарата високого тиску при вирощуванні кристалів нітриду ґалію. Технічна інженерія. 2023. № 1. С. 57–66.

5. Людвіченко О.П., Лєщук О.О., Гордєєв С.О., Петруша І.А. Дослідження теплового стану комірки апарата високого тиску з використанням комбінованих нагрівачів при вирощуванні кристалів нітриду ґалію. Інструментальне матеріалознавство: Зб. наук. праць. Київ: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2023. Вип. 26. С. 245–252.

6. Людвіченко О.П., Гордєєв С.О., Лєщук О.О., Петруша І.А. Тепловий стан комірки високого тиску при кристалізації GaN. Матеріали Шк.-конф. молодих вчен. «Сучасне матеріалознавство: фізика, хімія, технології (СМФХТ – 2021)». Ужгород: ФОП Сабов А. М., 2021. С. 151–152.

7. Людвіченко О.П., Лєщук О.О., Петруша І.А. Дослідження теплового стану комірки апарата високого тиску типу «тороїд» для вивчення розчинності нітриду ґалію у залізі. Якість, стандартизація, контроль: теорія та практика: Матеріали 22-ї Міжнар. наук.-практ. конф. 04–05 жовт. 2022 р. Київ: АТМ України, 2022. С. 30–32.А

8. Людвіченко О.П., Гордєєв С.О., Лєщук О.О. Тепловий стан комірки АВТ типу «тороїд» при вирощуванні кристалів нітриду ґалію. Сучасні питання виробництва та ремонту в промисловості і на транспорті: Матеріали 23-го Міжнар. наук.-техн. семінару, 15–16 берез. 2023 р. Київ: АТМ України, 2023. С.68–71.

9. Людвіченко О.П., Гордєєв С.О., Лєщук О.О. Дослідження впливу нової фази на розподіл температури в комірці апарата високого тиску при кристалізації нітриду ґалію. Scientific Research and Innovation: Proc. 2nd Int. Sci. and Pract. Internet Conf., Apr. 3–4, 2023. Dnipro: FOP Marenichenko V. V., 2023. P. 238–240.

10. Людвіченко О.П., Гордєєв С.О., Лєщук О.О. Вплив концентрації графіту в нагрівачах на тепловий стан апарата високого тиску типу "тороїд" при вирощуванні кристалів нітриду ґалію. Modern problems of science, education and society. Proceedings of the 2nd International scientific and practical conference. SPC “Sci-conf.com.ua”. Kyiv, Ukraine. 2023. Р. 21-27.

11. Людвіченко О.П., Гордєєв С.О., Лєщук О.О. Вплив синтезованої фази нітриду ґалію на перепад температури в ростовому об’ємі апарата високого тиску. ІХ Міжнар. наук.-практ. конф. «Теоретичні і експериментальні дослідження в сучасних технологіях матеріалознавства та машинобудування»: Матеріали конф. (тези), 30 трав. – 1 черв. 2023 р., м. Луцьк. Луцьк: Вежа-Друк, 2023. С. 117–119.

12. Людвіченко О.П., Лєщук О.О., Гордєєв С.О., Петруша І.А. Моделювання теплового стану модернізованої комірки апарата високого тиску при вирощуванні кристалів нітриду ґалію. Якість, стандартизація, контроль: теорія та практика: Матеріали 23-ї Міжнар. наук.-практ. конф., 27–28 верес. 2023 р. Київ: АТМ України, 2023. С. 51–53.

13. Людвіченко О.П., Лєщук О.О. Визначення умов резистивного нагрівання комірки високого тиску для кристалізації GaN із розчин-розплавної системи Fe–Ga–N. Надтверді, композиційні матеріали та покриття: отримання, властивості, застосування: Тез. доп. Дванадцятої конф. молодих вчених та спеціалістів, 19–20 жовт. 2023р., м. Київ. Київ: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2023. C. 6–9.

Read more

Similar theses

0824U001069

Pavlo A. Sytnykov

Increase of the machine parts service life by deposition and plasma spraying with composite materials

0824U001004

Stepan M. Kandala

Resource of elements of the internal casing devices of the WWER-1000 reactor, taking into account residual welding stresses

0824U000926

Pavel O. Vorobyov

Patterns of the influence of organic additives on the properties of epoxy composites intended for the repair of water transport

0824U000561

Tymoshenko Arsenii D.

Regularities of formation and structural-phase state of highly-doped YAG:Sm3+ optical ceramics

0824U000521

Balabanov Anton E.

Processes of synthesis and properties of IR-transparent ceramics in the MgO-Y2O3 system