Зонная перекристаллизация

Глубокая очистка вещества потребовала усовершенствования известных методов разделения смесей, а также разработки новых методов. Так, например, именно для глубокой очистки вначале металлов, а затем и других веществ в 50-х годах был разработан метод зонной перекристаллизации (зонной плавки), который и в настоящее время широко применяется и в лабораториях, и в промышленности. Совсем недавно предложен метод термодистилляции, позволяющий производить эффективную очистку жидкостей от находящихся в них примесей в виде взвешенных частиц. Развит метод ректификации в режиме [c.9]

При проведении химических реакций, а также при выделении веществ из смеси в чистом виде и поныне исключительно важную роль играют препаративные методы осаждение, кристаллизация, фильтрование, сублимация, перегонка и т. п. В настоящее время многие из этих классических препаративных методов получили большое развитие и являются ведущими в технологии получения особочистых веществ и монокристаллов. К ним относятся методы направленной кристаллизации, зонной перекристаллизации, вакуумной сублимации, фракционной перегонки. Одна из примечательных особенностей современной неорганической химии — исследование особочистых веществ на монокристаллах. [c.8]

Для веществ, применяемых в некоторых специальных целях, вводят и другие характеристики качества. Например, в фармации употребляется квалификация для фармацевтических целей . Свойства веществ изменяются в зависимости от содержания в них примесей. Выбор метода очистки вещества определяется его свойствами и свойствами содержащихся в нем примесей. Обширное практическое применение находят такие методы очистки веществ, как кристаллизация из растворов (перекристаллизация), ректификация и дистилляция (перегонка), электролиз, сорбция, зонная перекристаллизация, транспортные реакции. Некоторые из этих методов рассмотрим подробнее, а об остальных можно прочитать в специальной литературе . [c.20]

Монокристаллы кремния высокой степени чистоты получают выращиванием в вакууме из расплава и зонной перекристаллизацией. [c.8]

ЗОННАЯ ПЕРЕКРИСТАЛЛИЗАЦИЯ (ПЛАВКА) [c.119]

Математическое описание процесса зонной очистки. Рассмотрим диаграмму состояния бинарной системы с ограниченной областью твердых растворов. При равновесной кристаллизации из жидкости состава X при температуре выпадают первые кристаллы состава у. При дальнейшем охлаждении состав жидкости будет меняться в направлении, соответствующем аа, а состав кристаллов — в направлении ЬЬ (см. рис. 32). Если кристаллизация происходит в неравновесных условиях, то в сплаве сохраняется неоднородность состава. В реальных условиях при понижении температуры диффузия в кристаллах подавлена. Содержание тугоплавкового компонента оказывается больше в центре кристалла (зерна), а к его периферии уменьшается (ликвация или сегрегация). Можно рассчитать содержание примеси в твердой фазе после однократной зонной перекристаллизации. Для простоты расчетов допускают (приближение Пфаниа), что 1) диффузия в твердой фазе практически отсутствует D,, = 0 2) в расплавленной зоне происходит полное перемешивание D,, = оо 3) величина равновесного коэффициента распределения постоянна А о = onst = k 4) объем материала при плавлении и затвердевании не изменяется 5) можно пренебречь газообменом между твердой фазой, расплавом и паром. Тогда распределение примеси в основном веществе при к < 1 [c.91]

Нетрудно заметить, что, используя результаты опытов по распределению примеси по длине слитка после одного прохода расплавленной зоны, можно графическим путем на основании уравнения (III.19) определить коэффициент разделения. Это позволяет использовать метод зонной перекристаллизации, как и метод нормальной направленной кристаллизации, в физикохимических исследованиях, в частности при построении диаграмм состояния систем кристаллы — расплав. [c.121]

Уравнение (III.22) представляет собой дифференциальное уравнение многопроходной зонной перекристаллизации и лежит в основе методов расчета распределения примеси по длине подвергаемого перекристаллизации слитка вещества, за исключением его конечного участка, равного длине зоны. [c.123]

На рис. 33 для сравнения приведена кривая 1, рассчитанная по уравнению (П1.25), и кривая 2, взятая из работы В. Пфанна. Обе кривые построены для одних и тех же параметров процесса, в частности для а=0,1. Из рисунка следует, что для большей части слитка ( 70%) приближенный расчет концентрационного профиля по уравнению (И1.25) хорошо согласуется с точным решением. Поскольку выход продукта обычно не превышает указанной величины, то выражением (111.25) можно пользоваться при оценках глубины очистки методом зонной перекристаллизации. [c.124]

Когда достигается такое распределение, то оно может рассматриваться как стационарное, конечное распределение, при котором происходит перемещение примеси с одинаковой скоростью в прямом и обратном направлениях относительно движения расплавленной зоны. Знание конечного распределения примеси по длине слитка очень важно, так как оно позволяет оценивать предельные возможности зонной перекристаллизации как метода очистки при заданных условиях проведения процесса. [c.126]

На основании опытов по определению конечного распределения примеси по длине образца при зонной перекристаллизации можно определить и коэффициент разделения а. Для этого уравнение (111.26) записывается в виде [c.128]

Процесс зонной перекристаллизации обычно осуществляется периодически (см. рис. 31). Известны конструкции аппаратов и для проведения непрерывной зонной перекристаллизации, но ввиду технических трудностей их эксплуатации при относительно низкой производительности на практике они используются редко. [c.128]

В целом зонная перекристаллизация является очень эффективным методом глубокой очистки веществ. Она позволяет произвести очистку веществ до содержания в них отдельных лимитирующих примесей на уровне 10 —10 мае. % и ниже. Именно с применением этого метода в настоящее время получают наиболее чистые вещества, такие, как германий, кремний, олово, алюминий и др. Важнейшей областью использования зонной перекристаллизации является также производство монокристаллов, в том числе с заданным распределением легирующих добавок. [c.128]

Таким образом, казалось бы, что по эффективности очистки между зонным замораживанием и направленной кристаллизацией никакого различия нет. Однако это справедливо лишь для рассмотренного варианта метода зонного замораживания. Различие начинает проявляться, если процесс многократного зонного замораживания проводить путем одновременного перемещения вдоль образца очищаемого вещества нескольких кристаллизующихся зон подобно процессу многократной зонной перекристаллизации, в котором вдоль образца вещества одновременно перемещается несколько расплавленных зон. Ясно, что при этом эффект очистки вещества за счет зонного замораживания будет усиливаться эффектом очистки за счет зонной перекристаллизации, поскольку жидкость, заключенная между двумя соседними кристаллизующимися зонами, будет играть роль расплавленной зоны. Последнее позволяет для оценки глубины очистки вещества методом зонного замораживания использовать дифференциальное уравнение материального баланса вида (III.22). Так, для простейшего случая, когда вдоль очищаемого образца вещества одновременно движутся две кристаллизующиеся зоны, по аналогии с уравнением (III.22) можно записать [c.129]

Совершенно очевидно, что процесс двухзонного замораживания вследствие наложения явления направленной кристаллизации будет более эффективным, чем процесс зонной перекристаллизации с одним проходом расплавленной зоны. Следовательно, при проведении процесса трехзонного замораживания следует ожидать большей глубины очистки вб-.щества, чем при осуществлении процесса зонной перекристаллизации с двумя проходами расплавленной зоны и т. д. Однако с увеличением >1 исла зонных проходов различие в эффективности обоих процессов будет уменьшаться при достаточно большом числе проходов затвердевающих зон в процессе зонного замораживания изменение степени очистки с переходом от 5к проходов к (5к+1) проходам практически станет несущественным. Таким образом, здесь также можно пользоваться понятием конечного распределения примеси по образцу, как это делается при анализе процесса многократной зонной перекристаллизации. [c.131]

Рассмотренные выше кристаллизационные методы глубокой очистки веществ позволяют достичь хороших результатов. Но им присущи такие недостатки, как малый выход продукта и длительность проведения процесса очистки в целом. В этом отношении большими возможностями обладает метод противоточной кристаллизации. Как метод разделения смесей, он был предложен почти одновременно с методами зонной перекристаллизации (в начале 50-х годов), однако для глубокой очистки веществ стал использоваться сравнительно недавно. Это объясняется прежде всего трудностями в изготовлении и эксплуатации достаточно эффективных разделительных аппаратов — кристаллизационных колонн, в которых осуществляется противоток кристаллов и их расплава. [c.131]

При многократном проходе расплавленной зоны распределение примеси по длине слитка будет так же изменяться в сторону снижения концентрационного профиля, но в меньшей степени, чем при отсутствии эффекта загрязнения. Это обусловлено тем, что если каждый последующий проход расплавленной зоны вносит все меньший вклад в глубину очистки за счет перекристаллизации, то сопутствующий ему эффект загрязнения остается практически неизменным. Отсюда следует, что в том периодическом варианте, в каком обычно осуществляется зонная перекристаллизация, и при наличии эффекта загрязнения с постоянной скоростью поступления примеси v нельзя ожидать достижения предельного распределения примеси по длине слитка, подобного тому, которое имеет место при отсутствии эффекта загрязнения. [c.148]

Одним из возможных способов получения алюминия весьма высокой чистоты может быть дистилляция технического алюминия через его субсоединения (одновалентный алюминий), а также зонная перекристаллизация. [c.285]

Отделяя концы слитка, в которых накапливаются примеси, и проводя снова плавку и направленную кристаллизацию, можно провести дальнейшую очистку. Однако такой процесс дает малый выход очищенного материала и занимает много времени. Поэтому направленную кристаллизацию применяют только для предварительной очистки германия после восстановления. Дальнейшую очистку производят методом зонной плавки. При зонной плавке (ее еще называют зонной перекристаллизацией) вдоль слитка перемещается расплавленная зона, создаваемая нагревателем. Распределение примеси по длине слитка после одного прохода расплавленной зоны описывается уравнением [c.198]

В домнах и мартенах из-за неравномерности выгорания и раскисления футеровки, из-за неоднородности огнеупоров происходят непрерывные изменения. Высочайшие температуры также приводят к внутренним изменениям, грозящим возможностью аварии. Интроскопия способна повысить надежность работы подобных сооружений. С помощью интроскопии машиностроители исследуют остаточные напряжения в металлах после термической и механической обработки, зоны перекристаллизации при закалке и отжиге, контролируют степень усталости ответственных деталей и узлов механизмов, процессы горения различных топлив в камерах высокого давления, механизм трения и т. п. [c.7]

На рис. 25. 3, а, б [121] показаны кривые распределения твердости для гомогенных сварных швов (электроды на основе стали Х5М) и гетерогенных сварных швов (электроды на основе стали, содержащей 20—25% Сг и 10—20% N1). Показаны зоны перекристаллизации для обеих разновидностей швов и эффект предварительной и последующей термической обработки. [c.351]

Для получения Ц. высокой чистоты используют дистилляцию в инертной атмосфере или в вакууме, ректификацию и зонную перекристаллизацию в атмосфере Аг. Предложены методы электролитич. рафинирования, в частности с амальгамными электродами. [c.379]

Концентрирование примесей в твердых веществах зонной плавкой осуществляют однократным или многократным проведением узкой зоны расплава через горизонтально или вертикально расположенный образец. При зонной перекристаллизации участки твердой фазы, образующиеся в первую очередь, обогащаются компонентами с коэффициентами распределения, превышающими единицу чем выше коэффициент распределения, тем быстрее это вещество кристаллизуется. Конечные участки слитка обогащаются компонентами с коэффициентом распределения меньше единицы. У метода есть ряд объективных ограни- [c.155]

Экстрактивная кристаллизация находит применение также при зонной очистке, где этот ироцесс получил название зонная перекристаллизация с третьим компонентом [1, 11, 328, 330]. Дополнительный компонент при зонной очистке обычно вводят либо для изменения коэффициента распределения в более благоприятную для разделения сторону, либо для образования эвтектики с одним из компонентов разделяемой смеси. [c.280]

При использовании процесса кристаллизации из расплава для глубокой очистки веществ от трудноудалимых примесей необходимы методы, которые позволили бы увеличивать эффект разделения, имеющий место при однократной кристаллизации. К таким методам относится метод многократной направленной кристаллизации, но ему присущ тот же недостаток, что и методу многократной перегонки низкий выход продукта, обусловленный отбрасыванием хвостовых фракций. Более предпочтительным в этом отношении является многоступенчатый способ кристаллизационной очистки веществ — метод зонной перекристаллизации, или как его часто называют, метод зонной плавки. Идея этого метода состоит в перемещении узкой расплавленной зоны вдоль твердого образца (рис. 31). [c.119]

Большая точность достигается в методах численного решения уравнения (111.22) -применительно к заданным параметрам процесса и при определенных граничных условиях (слиток бесконечной длины, полубесконечный слиток, слиток конечной длины, направленная кристаллизация в конце слитка в одну зону). Наибольшую известность из них П0луч1ил метод Хемминга. Сущность его заключается в рассмотрении баланса по примеси для зоны, движущейся по слитку. При этом условно принимается, что движение зоны происходит не непрерывно, а как бы маленьким скачками. Это дает возможность проводить вычисления в конечных разностях и последовательно рассчитывать изменение содержания примеси по длине слитка от одного прохода зоны к другому. Соответствующие вычисления выполняются с использованием ЭВМ по составляемой программе в итоге получают данные для построения искомой концентрационной кривой. Результаты таких расчетов-для различных сочетаний параметров процесса зонной перекристаллизации представлены, например, в отмеченной выше работе В. Пфанна в виде большого набора кривых. Последние позволяют оценить ожидаемую степень очистки при заданных выходе продукта и числе проходов зоны. [c.124]

В процессе зонной перекристаллизации длина расплавленной зоны 2о не изменяется (за исключением начала слитка) и поэтому площадь ее контакта с контейнером Sa будет также постоянной. Отсюда, обозначая, как и выше, скорость поступления примеси в расплавленную зону из материала аппаратуры через Vn, уравнение материального баланса применительно к первому проходу расплавленнрй зоны можно записать в виде [c.146]

Коэффициент обогащения (/(об)—отношение концентрации удаляемого вещества до зонной перекристаллизации в конце слптка (со) и концентрации этого вещества после очистки (с ), т. е. Коб — Си Са. Ког, при эффективной очистке меньше единицы. К1 — коэффициент, который показывает отноиюиие концентрат и лцества в начале слитка (Сц) к концентрации его в конце слитка (с. , т. е. К1 = Сц Ск. К также меньше единицы. /<2— отношение концентрации примеси в начальной части с.1 ка после зонной перекристаллизации до очистки с и после очистки Ск, т. е. Кч — Сц Ск. При эффективной очистке К 2 больше единицы. [c.70]

Во всех случаях целесообразно предварительно очищать исходные вещества. Фосфор, мышьяк и сурьму обычно очищают возгонкой в вакууме, сурьму, не содержащую мышьяка, — зонной плавкой. Коэффициент распределения мышьяка в сурьме близок к единице, поэтому предварительно для удаления мышьяка сурьму хлорированием переводят в Sb ls, а 5ЬС1з перегоняют из солянокислого раствора и восстанавливают карбонилом железа. После этого сурьму подвергают зонной перекристаллизации. [c.304]

В ФРГ для получения металла чистотой 99,999% используют процесс электролитического рафинирования в органических средах. Для обеспечения чистоты 99,9999% проводят дополнительную зонную перекристаллизацию. Первый процесс протекает в электролите, содержащем А1Рз-2А1(С2Н5)з и толуол (1 1), при 100 °С. Катодная плотность тока 30 А/м и напряжение на ваннах 1,0—1,5 В, межэлектродное расстояние 3 см, выход по току близок к 100%. Процесс проводят в атмосфере азота. Рабочая ванна погружена в масляный термостат. При превышении плотности тока или понижении температуры металл может осаждаться на катоде в виде дендритов, вызывающих короткое замыкание. [c.478]

Зоииая плавка (зонная перекристаллизация). Процесс проводят путем медленного перемещения вдоль твердого удлиненного образца (слитка) узкой расплавленной зоны, создаваемой спец. нагревателями (рис. 4). При этом в отлнчие от направленной кристаллизации образуются две подвижные межфазные границы на одной происходит плавление, на другой-кристаллизация. В результате после одного прохода расплавленной зоны примесь в образце пере- [c.525]

Экстрактивную кристаллизацию применяют для фракционирования смесей, образующих эвтектики (напр., смесь м и л-кснлолов, р-ритель- -гептан) и мол. комплексы (напр., смесь м- и л-крезолов, р-рнтель-уксусная к-та). Довольно часто экстрактивную кристаллизацию сочетают с массовой и направленной кристаллизацией, а также с зонной плавкой, что значительно повышает эффективность очистки в-в с помошью указанных методов. Так, экстрактивную зонную перекристаллизацию с р-рителями (бензол, нафталин) используют для очистки насыщ. углеводородов и полистирола, экстрактивные направленную кристаллизацию й зонную плавку с экстрагентами-для очистки металлов (вспомогат. в-ва-легкоплавкие металлы, соли, оксиды) и разнообразных орг. в-в (экстрагенты - те же, что и при экстракции жидкостной, напр, трибутилфосфат, иафтево-вые к-ты, алкилфенолы, первичные н вторичные амивы). [c.526]

С. X. получают сплавлением простых в-в в вакуумированных запаянных кварцевых ампулах, в пром-сти ЗЬ Зз (техн. назв. крудум )-зейгерованием (разделение смеси на компоненты в результате различия в их т-рах плавления) из антимонитовых штуфных руд или возгонкой в вакууме из флотационных антимонитовых концентратов. Монокристаллы SbjSj выращивают осаждением из паровой фазы, монокристаллы SbjT j, Sb Sej-na расплава по методу Бриджмена. Зонную перекристаллизацию используют как для очистки, так и для получения монокристаллов. [c.480]

Зонная плавка (зонная перекристаллизация) — один из кристаллизационных методов разделения смесей, позволяющих достичь высокой степени гомогежости вещества. Достигается за счет различного распределения веществ между соприкасающимися твердой и жидкой фазами. [c.115]

ТЕЛЛУР ВЫСОКОЙ ЧИСТОТЫ. Именно в таком виде элемент № 52 нужен полупроводниковой технике. Получить же высокочистый теллур очень и очень непросто до последнего времени выручала лишь многократная вакуумная перегонка с последующей зонной плавкой. Правда, в 1980 г. журнал Цветные металлы сообщил о новом, чисто химическом способе получения теллура высокой чистоты, разработанном советскими химиками. С некоторыми производными моноазина теллур образует такие комплексные соединения, которые нацело отделяются от соединений магния, селена, алюминия, мышьяка, железа, олова, ртути, свинца, галлия, индия и еще по меньшей мере десятка элементов. В результате порошок теллура, полученный через моноазиновые комплексы, оказывается чище, чем полупроводниковый теллур, прошедший тройную вакуумную дистилляцию и 20 циклов зонной перекристаллизации. [c.69]

Способность некоторых веществ к переохлаждению при кристаллизации также неблагоприятно отражается на процессе разделения. Если расплав способен значительно переохлаждаться, то при стекании он может переходить за пределы разделяемого слоя, т. е. в область температур ниже точки плавления. Это, в свою очередь, приводит к уменьшению количества вещества, участвующего в массообмене в зоне перекристаллизации. Кроме того, при разделепни таких веществ требуется дополнительный холодильник (после теплообменника) для предотвращения растеканий жидкой фазы по всей длине колонки. [c.183]

На той же колонне был подвергнут низкотемпературной ректификации моногерман. Германий, полученный из этого германа, обладал высоким удельным сопротивлением, несмотря на то, что дополнительной очистки германия зонной перекристаллизацией не проводилось. Плотность полученного германия выше на 0,007 г/см , а содержание кислорода в 3 раза мэньше, чем у обычного германия. Это свидетельствует о весьма малом содержании примесей в германии и высокой эффективности промышленной ректификационной колонны. [c.200]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология