ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Влияние некоторых лругпх физических факторов из "Основы техники кристаллизации расплавов" Известно, что даже небольшое содержание примесей оказывает сильное влияние на рост кристаллов, на их однородность и форму. [c.74] Так как получить абсолютно чистое вещество практически невозможно, то в реальных расплавах в больших или меньших количествах присутствуют примеси, которые в той или иной мере изменяют свойства кристаллического тела. [c.74] Примеси, образующие твердые растворы с основным веществом, могут занимать уз.ты кристаллической решетки. Физические свойства таких кристаллов даже при очень малых концентрациях примеси сильно отличаются от свойств чистых кристаллов. Это объясняется тем, что атомы постороннего вещества искажают кристаллическую решетку основного вещества. Степень такого искажения зависит от размеров атомов (молекул) примеси и основного вещества, а также от структуры кристаллической решетки и содержания примеси. Нарушения кристаллической решетки почти всегда приводят к изменению соотношения скорости роста граней, влияя тем самым на форму кристалла [3, 127]. [c.75] На распределение растворимых примесей оказывает влияние температура кристаллизации, поскольку она влияет на термодинамическое равновесие, диффузию, интенсивность конвективных и тепловых потоков вдоль граней кристалла. Если скорость кристаллизации мала по сравнению со скоростью диффузии примеси в объеме расплава, то концентрация захваченной примеси определяется диаграммой состояния системы [128]. Если же скорость кристаллизации больше скорости диффузии, то на границе раздела фаз происходит накопление молекул примеси, что приводит обычно к изменению скорости роста кристаллов. [c.75] При наличии в расплаве примесей, не образующих твердых растворов с основным веществом, скорость роста кристаллов еще больше зависит от скорости диффузии примеси в объеме жидкой фазы, чем в предыдущем случае. [c.75] Если расплав охлаждается достаточно людленно, то примесь, оттесняемая растущей гранью, успевает путем диффузии отводиться от границы раздела фаз в глубь расплава. При этом, если расплав охлаждается с одной стороны, то примесь накопляется в той части расплава, которая кристаллизуется последней. При образовании зародышей во всем объеме расплава примесь накопляется между кристаллами. [c.75] Если скорость роста грани равна или выше скорости диффузии, то концентрация примеси перед растущей гранью постепенно возрастает, вызывая повышение концентрации примеси в слое расплава, примыкающем к движущейся границе раздела фаз. Так как рост грани осуществляется отложением на пей частиц основного вещества, то наличие перед гранью слоя с повышенной концентрацией примеси затрудняет рост грани, препятствуя прониканию к кристаллу частиц основного вещества. Для восстановления нормального роста этот слой посторонних частиц должен быть удален путем диффузии или конвекции. При отсутствии последней скорость роста замедляется до скорости диффузии примесей. [c.75] При небольшом содержании поверхностно-активных примесей в расплаве они обычно адсорбируются наиболее восприимчивыми гранями, при высокол — возможно их оседание на всех гранях, хотя и в неодинаковой степени. В отдельных случаях примеси могут блокировать все грани и предотвратить кристаллизацию даже при очень высоких степенях переохлаждения [13]. Так как адсорбция примесей неодинакова на разных гранях, то и уменьшение скорости роста различно для этих граней медленнее растут те грани, на которых адсорбируется больше примесей [3, 127]. Изменение соотношения скоростей роста различных граней неизбежно вызывает изменение формы кристаллов. При этом наличие растворимых примесей может привести к исчезновению одних и возникновению других граней [47]. [c.76] Селективная адсорбция примесей отдельными гранями является причиной секториального строения кристаллов [129]. Это строение зависит от индивидуальных поверхностных свойств граней кристалла и проявляется в том, что в кристалле можно выделить объемные секторы, отличаюш иеся физическими свойствами (в частности, концентрацией растворимых примесей). [c.76] Нерастворимые примеси оказывают на процесс роста кристалла значительно меньше влияния, чем на процесс зарождения. Наличие мелкодисперсных частиц примеси в расплаве несколько повышает свободную энергию окружающих слоев в результате воздействия поверхности раздела твердое тело — расплав это может в некоторой степени изменить скорость роста кристалла [130]. [c.76] Механические примеси, взвешенные в расплаве, часто оттесняются растущей гранью под действием кристаллизационного давления [66, 131]. Последнее зависит от степени переохлаждения, теплоты фазового превращения, условий питания поверхности грани, контактирующей с твердой частичкой, а также от поверхностного натяжения на границах примесь — расплав и кристаллическое тело — расплав. [c.76] В некоторых случаях частицы примеси, наоборот, захватываются кристаллом, создавая локальные нарушения решетки и изменяя скорость роста кристаллических граней. Эти примеси могут располагаться в кристалле слоями или жилами [1]. Отмечается [1321, что при добавлении к расплаву аспирина мельчайших частичек активированного угля или ликоподия на кристаллах наблюдается появление спиральных образований скорость роста таких кристаллов сильно увеличивается. [c.76] Процесс кристаллизации всегда сопровождается выделением тепла, сильно влияющего на скорость роста кристаллов ввиду изменения температуры на границе раздела фаз. В связи с этим скорость роста кристалла и его форма определяются не только молекулярнокинетическими процессами, но также интенсивностью отвода теплоты фазового превращения от границ раздела фаз [133]. [c.77] При малых размерах кристалла и незначительной скорости его роста система приближается к изотермической, влияние неравномерного температурного поля исчезающе мало, и рост кристалла определяется в основном молекулярно-кинетическими процессами. Форма же кристаллов в этом случае приближается к равновесной. [c.77] В случае веществ с высокой линейной скоростью кристаллизации появляются большие разности температур в объеме жидкой фазы, и тогда роль теплообмена в скорости роста и формирования структуры кристаллического слитка становится весьма существенной, а часто и определяющей. При этом возникают обычно неправильные формы кристалла — иглы, дендриты и т. д. [c.77] При кристаллизации бинарных или многокомпонентных расплавов на процесс роста, кроме теплопередачи, оказывает влияние диффузионный перенос вещества в расплаве. [c.77] Условия тепло- и массообмепа растущего кристалла с расплавом наиболее благоприятны при низкой вязкости расплава, так как возникающие интенсивные циркуляционные потоки стимулируют рост кристалла. В случае кристаллизации однокомпопентных расплавов интенсивность конвективных потоков определяется перепадами температур, обусловленными выделением теплоты фазового перехода. При кристаллизации бинарных и многокомпонентных расплавов циркуляционные потоки могут усиливаться разностью концентрации по объему расплава. В результате конвективных и концентрационных потоков происходит перемешивание расплава, что, как правило, приводит к увеличению скорости роста кристаллов за счет улучшения транспортирования вещества в зону кристаллизации. [c.77] С увеличением размера кристалла степень перемешивания расплава счет конвективных и концентрационных токов усиливается. Если же кристалл мал, то даже в сильно переохлажденном расплаве он растет медленно, концентрационные и тепловые потоки возле него незначительны [1]. [c.77] Неоднородность в степени переохлаждения расплава вдоль грани растущего кристалла вызывает появление искаженных форм роста и неоднородностей в структуре кристаллов [47]. [c.77] Для искусственного получения больших однородных кристаллов необходимо, по возможности, уменьшить разность в переохлаждении на различных участках их поверхности. Однако при очень малых переохлаждениях скорость роста резко замедляется, и для выращивания больших кристаллов требуется довольно значительное время. [c.77] Вернуться к основной статье