ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Внешние факторы и начальные условия в способе трубчатого контейнера из "Распределение примеси при направленной кристаллизации" Мы рассмотрели три группы способов осуществления направленной кристаллизации. Главной отличительной чертой каждой из этих групп является направление вытягивания по отношению к линии горизонта. Однако это различие исчезнет, если рассматривать кристаллизацию только в условиях роста кристалла в непосредственном контакте со стенками контейнера и применять трубчатый контейнер, например, в виде ампулы. [c.36] Понимание процесса направленной кристаллизации в трубчатом контейнере значительно упрощается, если ввести понятия о внешних факторах и начальных условиях [3]. Рассмотрим эти понятия подробнее. [c.37] Пусть направленная кристаллизация происходит в системе с двумя печами (рис. П.4). В печи П температура равна а в печи I — 1. Печи отделены друг от друга диафрагмой. Печь П является нагревателем, печь (условно)—холодильником.Направленная кристаллизация осуществляется при непременном соблюдении условия Продольная ось контейнера в общем случае расположена наклонно к линии горизонта. Для создания принудительного перемешивания расплава в процессе направленной кристаллизации контейнер может вращаться вокруг продольной оси со скоростью в. [c.37] Температуру нагревателя и температуру холодильника выше мы назвали независимыми переменными. Это положение справедливо в определенных пределах температур. Дело в том, что температуру нагревателя и холодильника мы задаем напряжением в обмотке печей. При определенном напряжении печь II начинает взаимодействовать с холодильником и температура в нем уже не зависит от напряжения в его обмотке, а определяется только печью II (рис. II.6). [c.38] Из перечисленных пяти внешних факторов последний характеризует, в сущности, способ принудительного перемешивания расплава. Его можно осуществить различными приемами, например вращением контейнера вокруг продольной оси в одну сторону, реверсивным вращением, покачиванием контейнёра по отнощению к линии горизонта и др. [c.38] Своеобразным начальным условием является род подвергаемого направленной кристаллизации вещества. Поскольку процесс кристаллизации осуществляется направленным теплоотводом, закономерности в распределении примеси будут зависеть от теплопроводности вещества. С этой точки зрения вещества следует разделить на два класса с хорошей (металлы, полупроводники) и с малой теплопроводностью (неорганические соли, органические соединения). Вещества с хорошей теплопроводностью обладают и большим удельным весом (порядка 5 г/см ). У веществ с малой теплопроводностью удельный вес меньше ( 2 г/см ). Это общее деление примет более неопределенную форму, если учитывать вязкость расплава при температуре плавления, поверхностное натяжение и т. д. И тем не менее полагаем, что для общего суждения о влиянии внешних факторов и начальных условий на распределение примеси при направленной кристаллизации следует различать вещества по теплопроводности. [c.39] В отличие от внешних факторов начальные условия являются экстенсивными величинами, т. е. зависят от размера установки и контейнера. То, что среди начальных условий находится и исходная концентрация примеси, не должно вызывать недоразумений, поскольку она определяется количеством взятых для направленной кристаллизации веществ — экстенсивной величиной. Начальные условия нельзя изменить в течение опыта. [c.39] Внешние факторы и начальные условия определяют внутренние факторы процесса направленной кристаллизации. Из них важнейшими являются следующие 1) форма фронта кристаллизации 2) скорость кристаллизации 3) градиент температуры в расплаве у фронта кристаллизации 4) градиент температуры в твердом теле у фронта кристаллизации Ов- Внутренние факторы определяют характер распределения примеси при направленной кристаллизации и структуру получаемого слитка. Под последней мы понимаем не тип кристаллической решетки исследуемого вещества,, а те несовершенства, которые приобретает слиток в процессе кристаллизации (дислокации, ячеистая структура и т. д.). [c.39] Перечисленные внутренние факторы, по-видимому, каким-то образом связаны между собой. Из этих факторов особое значение имеет градиент температуры в расплаве у фронта кристаллизации. Так, по данным работ [5, 6] может сложиться впечатление, что характер распределения примеси зависит только от градиента температуры в расплаве у фронта кристаллизации. По нашему мнению, этот вывод не является общим, поскольку величина Сь, видимо, однозначно не определяет характер конвективных потоков в расплаве. [c.39] Более общей характеристикой по сравнению с была бы интенсивность перемешивания расплава, если бы мы умели ее измерять. По влиянию на процесс направленной кристаллизации интенсивность перемешивания расплава аналогична обратной скорости вытягивания (1/6 ). Однако между этими величинами существует принципиальн-ая разница, заключающаяся в двух моментах. [c.40] В связи с отмеченными обстоятельствами распределен ие примеси при направленной кристаллизации и структуру получаемого слитка удобно исследовать путем изменения внешних факторов и начальных условий. Трудность полного экспериментального изучения влияния последних на распределение примеси при направленной кристаллизации очевидна (необходимо большое число экспериментов). [c.40] Подавляющее число имеющихся в литературе работ в рассматриваемом нами плане относится к получению монокристаллов. В этом случае обычно стремятся к плоскому или почти плоскому фронту кристаллизации, что сильно ограничивает возможности изменения внешних факторов и начальных условий. Поэтому в литературе нет систематических исследований о влиянии на процесс кристаллизации изменения внешних факторов и начальных условий в широких пределах, а такой фактор, как угол наклона продольной оси контейнера к горизонту, не исследован вовсе. [c.40] В лаборатории кристаллизации проводилось изучение влияния внешних факторов и начальных условий прн изменении их в широких пределах на распределение примеси в процессе направленной кристаллизации. Последнее возможно, если не ставится задача получения монокристаллических образцов. Основные исследования проведены при направленной кристаллизации ЫаЫОз с примесью 5г(ЫОз)2- Результаты этих работ изложены в 3 и 5 настоящей главы. [c.40] Основные свойства примесного вещества 5г(ЫОз)2 следующие. Температура плавления 645°С. Соль хорошо растворима в воде, образует кристаллогидрат 5г(К0з)2-4Н20, плавящийся инконгруэнтно при 31,3°С. Плотность 5г(ЫОз)2 при комнатной температуре равна 2,99 г/см . Коэффициент диффузии иона в расплаве ЫаЫОз при 345°С равен 4,17-Ю- см /с. [c.41] Очистка NaNOs проводилась нами направленной кристаллизацией со скоростью вытягивания 0,3 см/ч с удалением последнего конца слитка, равного 1/3 длины всего слитка. Кристаллизация осуществлялась в стеклянной трубке диаметром - 40 мм под небольшим положительным углом наклона продольной оси трубки (ф= 15°) без принудительного перемешивания расплава. Первый конец трубки, от которого начинается направленная кристаллизация, запаян, а второй — открыт. За одну операцию очистки получалось около 150 г NaNOs. [c.42] Вернуться к основной статье