Рост кристаллов в расплаве

СИТАЛЛЫ — новые стеклокристаллические материалы, получаемые при кристаллизации стекла, в расплав которого вводятся катализаторы образования центров кристаллизации, на которых происходит рост кристаллов основной фазы. В качестве катализаторов используют золото, платину, серебро, оксиды титана, циркония и др. С. обладают высокой прочностью, твердостью, химической и термической устойчивостью, малым коэффициентом расширения и высокими диэлектрическими свойствами. С. используют в авиации, для изготовления деталей радиолокационных антенн, ракет, сверхзвуковых управляемых снарядов, дешевых электроизоляторов, деталей радиоаппаратуры, реакторов, химически стойкой аппаратуры. Из шлакоситаллов изготовляют ценные строительные материалы различных цветов. [c.229]

Из соотношения (П1.55) следует, что при постоянных параметрах процесса противоточной кристаллизации стационарное распределение примеси в твердой (аналогично и в жидкой) фазе по высоте колонны должно иметь экспоненциальный характер, что наблюдается и в других противоточных методах глубокой очистки [см. уравнение (11.66)]. Однако, как известно, в реальных условиях при перемещении твердой фазы в колонном аппарате она подвергается частичной перекристаллизации, вследствие чего размер составляющих ее кристаллов изменяется. Дело в том, что при своем образовании в зоне кристаллизации они, по существу, имеют уже неодинаковый размер вследствие неоднородности температуры переохлажденного расплава у охлаждаемой поверхности. Выходящая из зоны кристаллизации такая мелкодисперсная кристаллическая масса обладает избыточной поверхностной энергией. Следовательно, рассматриваемая система кристаллы — расплав при этом является термодинамически неустойчивой, что обусловливает протекание в ней прежде всего процессов, направленных в сторону уменьшения поверхностной энергии твердой фазы. Это будет характеризоваться увеличением размера частиц твердой фазы, т. е. снижением удельной поверхности кристаллов в колонне. В результате кристаллы при своем движении по колонне должны или укрупняться или число их должно уменьшаться. Из имеющихся в литературе экспериментальных данных следует, что в кристаллизационной колонне протекают оба эти явления происходит плавление мелких и одновременно рост более крупных кристаллов, т. е. в процессе противоточной кристаллизации происходит увеличение среднего размера движущихся кристаллов. [c.140]

Необходимо заметить, что поскольку выделяющийся на растущих кристаллах новый слой твердой фазы содержит меньше примеси, чем окружающий их расплав, имеющая при этом место перекристаллизация вносит, с одной стороны, свой положительный вклад в общий эффект очистки, но с другой — рост кристаллов приводит к уменьшению эффекта их очистки за счет диффузионного механизма. Если бы последствия этих явлений взаимно компенсировали друг друга, то следовало бы ожидать согласия получаемых при этом результатов с теоретической зависимостью [c.142]

Распределение температуры в расплаве и растущем кристалле имеет очень большое значение. Наиболее благоприятные условия для роста совершенного чистого монокристалла создаются тогда, когда температурный градиент вдоль оси слитка сравнительно высокий, а радиальные градиенты как в расплаве, так и в растущем монокристалле сведены к минимуму. Радиальные температурные градиенты существенно влияют на форму фронта кристаллизации, т. е. поверхности раздела кристалл— расплав. Отвод тепла от жидкого столбика, тянущегося за кристаллом, осуществляется через наружные слои. В этом случае фронт кристаллизации имеет выпуклую форму. Вогнутая поверхность образуется в конце процесса выращивания, когда расплава в тигле остается мало и растущая часть слитка оказывается в области высоких температур. [c.58]

СКИХ деформаций сдвига. Это вызовет при охлаждении кристал- лов образование структурных дефектов — дислокаций, плотность которых только по этой причине может достигнуть весьма больших значений (до 10 м" ). Структурные дефекты, как известно, ухудшают свойства кристаллов, поэтому при выращивании монокристаллов предпринимают различные меры, чтобы поверхность раздела кристалл — расплав имела плоскую форму. Сохранение плоского фронта кристаллизации важно также для равномерного распределения примесей в поперечном сечении монокристалла. Чтобы избежать этих недостатков и создать достаточно однородное распределение температуры в расплаве и кристалле, последний в процессе роста вращают со скоростью до 50 об/мин, а тигель вращают в обратном направлении со скоростью до 30 об/мип. [c.59]

Ранее было отмечено, что ход кристаллизации определяется соотношением скорости зарождения центров и линейной скорости роста кристаллов. На рис. 80 изображено три типа зависимостей числа центров кристаллизации (чц) и скорости кристаллизации (ск) от переохлаждения. Тамман показал, что в зависимости от взаимного расположения кривой скорости кристаллизации и кривой числа центров переохлажденный расплав может или закристаллизоваться, или перейти в стеклообразное состояние. [c.232]

Скорость роста кристалла будет определяться следующими факторами 1) скоростью образования зародышей кристаллизации и 2) скоростью отвода тепла от фронта кристаллизации так, чтобы температура в нем не превышала температуры плавления растущего центра кристаллизации. Практически в любом расплаве присутствуют примеси, которые влияют на скорость роста и чистоту кристалла. Реальные процессы кристаллизации всегда связаны с относительно большими скоростями роста так, что равновесие между расплавом и растущим кристаллом не успевает устанавливаться, т. е. оттесняемая от фронта кристаллизации в расплав примесь (при < 1) не успевает равномерно распределяться по всему объему жидкости, и концентрация примеси у границы раздела возрастает (рис. 47). Таким образом, кристалл растет из слоя расплава, обогащенного примесью, причем это обогаще- [c.84]

В процессах зародышеобразования, кристаллизации сплавов и роста кристаллов важно знание свойств границ раздела кристаллизующейся твердой фазы со средой, из которой она образуется (чистый расплав, раствор в расплаве). [c.3]

Капиллярные и контактные свойства межфазной границы кристаллизующая твердая фаза — маточный расплав в значительной мере определяют процессы возникновения зародышей твердой фазы и роста кристаллов, форму и распределение зерен и кристаллов вьщеляющейся твердой фазы строение слитка, тип и структуру эй тектических колоний [20—21]. [c.3]

В связи с этим возникает задача исследовать те явления, которыми сопровождается рост кристалла при вытягивании из расплава и которые оказывают непосредственное влияние на форму границы раздела фаз и геометрию растущего кристалла. При выращивании по методу Чохральского к таким явлениям необходимо в первую очередь отнести явления, связанные с действием сил поверхностного натяжения иа границах кристалл — расплав — среда выращивания. [c.94]

Поэтому для обеспечения стационарного роста кристаллов с малым диаметром (например, в период за-травления) надо опустить границу раздела кристалл — расплав, т.е. приблизить к расплаву изотерму кристаллизации. С точки зрения тепловой это означает, что должен быть обеспечен интенсивный отвод тепла от за- [c.104]

Кроме того, обработка результатов многочисленных измерений линейных размеров кристаллов алмаза и толщины соответствующих им механических пленок позволила уточнить связь между этими величинами. Например, обнаружено, что пленки с двух смежных граней алмаза могут отличаться по толщине в 2—3 раза, и полностью однозначная количественная зависимость между размером кристалла и толщиной металлической пленки, отделяющей его от исходного графита, во многих случаях отсутствует. Удалось обнаружить только определенную зависимость, проявляющуюся в увеличении толщины этой пленки с возрастанием длительности процесса синтеза для кристаллов с линейными размерами от 4-10 до 8-10- м. В связи с этим интересно рассмотреть процесс формирования металлического слоя, отделяющего алмаз от графита. Образование и первоначальный рост кристалла алмаза происходят внутри металлического расплава ниже (если алмаз растет вверх) границы графит—металл в условиях, когда этот расплав хорошо смачивает поверхность алмаза и графита. Из-за разницы в плотности металлического расплава и алмаза последний под действием выталкивающей силы всплывает, в чем легко убедиться по смещению центра роста отдельных кристаллов размером более 5- Ю- м вверх относительно исходной границы металл — графит. В случае расположения графитового слоя ниже границы графит — металл (алмаз растет вниз) смещение центра роста кристалла за эту границу не наблюдается. Металлический же слой между алмазом и графитом удерживается силами поверхностного натяжения. На формирование слоя, следовательно, оказывают влияние степень смачиваемости расплавом алмаза и графита (в случае достаточно тонкого слоя проявляется капиллярный эффект) и выталкивающая кристалл сила, зависящая в свою очередь от свойств расплава, степени дефектности объема и поверхности алмаза и т. д. Поскольку величины толщины слоев для кристаллов, росших вверх или вниз, существенно не отличаются, можно считать, что основную роль в формировании металлического слоя играют силы поверхностного натяжения. Тогда увеличение толщины металлического слоя во времени частично объясняется появлением и ростом на одной его поверхности монокристаллической графитовой фазы, т. е. существенным снижением в рассматриваемых условиях смачиваемости этой поверхности расплавом металла. В данном случае толщина слоя действительно не будет зависеть однозначно от размера кристалла алмаза, а определяется комплексом условий, в том числе количеством и распреде-378 [c.378]

При синтезе слюд, содержащих Сг +, N1 +, Со +, Ре +, М.п +, Сц2+ при полном замещении Mg2+ на Сг +, Си +, Ре +, роста кристаллов слюды из расплава не наблюдалось. На термограммах не отмечается характерных для слюды областей плавления и кристаллизации. При частичном замещении (добавки от 0,2 моль и больше на 1 моль слюды) вышеуказанные элементы ухудшали качество кристаллов слюды при этом установлено, что чем меньше ионный радиус элемента, тем в большей степени этот элемент препятствовал росту кристаллов. Так, при добавке 0,2 моль Сг + (на I моль слюды) в расплав получались мелкие окрашенные кристаллы, в то время как введение ионов Си2+ сказывалось при добавке более 1 моль. Это сравнительно малое отрицательное воздействие ионов меди на рост кристаллов слюды объясняется большим различием ионных радиусов Mg и Си, в результате чего ионы меди плохо входят в структуру слюды. В то время как добавки Сг, N1, Со, Ре, Мп окрашивают слюду в различные цвета, добавка Си окраску слюды не изменяет. [c.10]

Наряду с контролем температуры в зоне роста большое значение имеет информация о других условиях и явлениях в условиях ГНК градиенты температуры, ширина зоны расплава, положение границы кристалл — расплав и др. [c.170]

Такая зона может быть промежуточной, а может распространиться и на весь расплав. При условии концентрационного переохлаждения происходит разрушение плоского фронта образования твердой фазы. Рост кристаллов становится ускоренным и хаотичным в виде игл (дендритов). В таком случае кристаллический слой начнет захватывать большое количество жидкой фазы. Эффективность процесса резко снижается (см. 17.1.2). Однако даже в этой зоне под действием разницы температур возникает дополнительный эффект очистки за счет диффузии примеси и оттеснения ее растущими кристаллами. [c.29]

Лубе Э.Л. Автоматический контроль границы расплав-кристалл при горизонтальной направленной кристаллизации // V Всес. совещ. по росту кристаллов. Тбилиси. Институт кибернетики АН Груз. ССР. Тез. докл. 1977. Т. 2. С. 208 215. [c.159]

Переход от системы уравнений (1.72) к разностным уравнениям подробно изложен в работе [28]. Размер сетки по радиусу и способ ее построения были выбраны таким образом, чтобы исключить их влияние на результаты расчета [26]. Оптимальной оказалась сетка с размером О г 3 и числом узлов по радиусу 14, по углу 15. В качестве модельной системы при численных расчетах был принят расплав смеси компонентов эвтектического типа — о, м- и п-изомеры со следующими физическими свойствами рд = 1200 кг/м рс = 1163 кг/м О = 0,9-10 м /с Х = 1,ОЫО-0 Вт/(м-/С) v = 1,25-10-6 ус =1,55 кДж/кг./С) <7 = 100 кДж/кг с = 0,31 /С/= 0,01251/С Ко = 0,112 10- м/с 0=1. Выбор такой системы в качестве модельной связан с тем, что для расплавов наиболее ярко проявляются эффекты, связанные с зависимостью скорости роста кристаллов от их размера. [c.41]

При. М. в. из расплава контейнер с расплавом и затравкой охлаждают так, чтобы у границы раздела кристалл — расплав, к-рая перемещается в ходе кристаллизации, поддерживалось оптим. переохлаждение. Этого достигают, обдувая контейнер потоком воздуха (метод Обреимова — Шуб-никова), перемещая нагреватель относительно расплава (метод Бриджмена), вытягивая затравку из расплава по мере роста кристалла без ее вращения (метод Киропулоса) или с вращением (метод Чохральского). Затравке и щели, из к-рой вытягивают кристалл, иногда придают спец. форму, выращивая монокристаллы разного профиля (метод Степанова). Используют также напыление капель расплава на затравке (метод Вернейля). [c.352]

Однако обыкновенно рост кристаллов происходит в неравновесных условиях, так как скорость роста кристалла превосходит не только крайне незначительную скорость диффузии примеси в твердой фазе, но и скорость ее диффузии в жидкости. В результате у границы расплав — кристалл образуется диффузионный слой с повышенной по сравнению с объемом жидкости концентрацией примеси, не устраняемый полностью даже при интенсивном перемешивании расплава. В неравновесных условиях кристаллизации распределение примеси между фазами описывается эффективным коэффициентом распределения [c.258]

Точка плавления—состояние кинетического равновесия, определяющееся числом атомов, переходящих за определенную единицу времени из кристаллической фазы в изотропный расплав, и равным ему числом атомов, которые перестраиваются из расплава в кристалл. Следовательно, в точке плавления не происходит ни спонтанного образования зародышей, ни роста кристалла оба фактора кристаллизации здесь равны нулю. Только переохлаждение вызывает рост кристаллов и образование новых центров кристаллизации. С увеличением степени переохлаждения возрастает не только спонтанное образование зародышей, но и скорость кристаллизации. Оба фактора, однако, увеличиваются до [c.376]

Кристаллы ШС больших размеров и лучщего качества были выращены с использованием видоизмененного метода Чохральского 18]. Смесь С—Со хорощо гомогенизируют при температуре вьше температуры ликвидуса, затем медленно охлаждают при градиенте температуры по вертикали до тех пор, пока температура более холодного края печи не достигнет температуры ликвидуса. Затравочный кристалл опускают к поверхности расплава и медленно вытягивают из расплава со скоростью 10 мм/ч. По мере роста кристалла расплав обедняется С, и температуру печи меняют так, чтобы она все время соответствовала температуре ликвидуса. Таким методом были выращены кристаллы размером около 1 см (рис. 2). Для этих кристаллов были получены четкие лауэграммы, [c.22]

Система ур-ний ма гсриального н теплового балансов, ур-ния (2), а также ур-ния. связывающие размеры и скорость роста кристаллов с их формой, дефектностью и содержанием примесей, - основа моделирования и расчета массовой К. и выбора оптим. условий ее реализации. Массовую К. осуществляют периодически или непрерывно. При периодич. К. охлаждают расплав или насыщ. р-р (пар), испаряют р-ритель, добавляют высаливающие агеиты (см. ниже) или смешивают порции реагентов, образующих продукционные кристаллы. При непрерывной К. в кристаллизатор вводят потоки расплава, пересыщенного р-ра либо реагентов н непрерывно отводят кристаллич. продукт. [c.529]

Выращивание вз расплава. Контейнер с расплавом и затравкой охлаждают так, чтобы затравка всегда была холоднее расплава, но переохлаждение на ее пов-сти было невелико и затравка росла без дендритообразования или появления паразитных кристаллов. Этого достигают разными способами меняя т-ру нагревателя (метод Стронга-Штёбера), перемещая нагреватель относительно контейнера (метод Бриджмена - Стокбаргера), размещая затравку иа неподвижном охлаждаемом стержне (метод Наккена), вытягивая затравку из расплава по мере роста кристалла без вращения (метод Киропулоса) или с вращением (метод Чохральского). Затравке или щели, из к-рой вьггягивают кристалл, иногда придают спец. форму, выращивая кристаллы разного профиля (метод Степанова). Особенно широко распространен метод Чохральского, при к-ром затравку закрепляют на охлаждаемом стержне, опускают в расплав, а затем вытягивают из расплава при непрерывном вращении стержня. Метод используют для пром. получения металлич. и полупроводниковых кристаллов размером 1-50 см с регулированием их качества (дефектности) путем изменения скоростей вращения и вытя- [c.132]

Стационарный рост кристалла (г = onst) должен определяться механическим равновесием сил, действующих вдоль линии пересечения трех граничных поверхностей раздела при х = г расплав — среда выращивания (вакуум), кристалл — расплав и кристалл — среда. [c.105]

При выращивании кристаллов из расплава следует избегать одновремен- юго роста кристаллов вокруг значительного числа центров кристаллизации. 1 ледует позаботиться о том, чтобы выращиваемый кристалл вследствие со-1рикосновения с проводником тепла (с охлаждаемой трубкой или стержнем, отличающимся хорошей теплопроводностью) всегда являлся самым холодным местом в системе. Метод, особенно пригодный для выращивания кристаллов галогеиидов щелочных металлов, предложен Киропоулосом [9]. Расположение при этом методе частей прибора показано на рис. 89. Расплав в тигле, нагреваемом электрическим током, сначала следует довести до температуры выше точки плавления приблизительно на 150 °С, а затем путем погружения в иего охлаждающего стержня охладить до температуры выше точки плавления приблизительно на 70 °С. Лишь после этого начинают интенсивно охлаждать передатчик тепла. И когда на его кончике образуется кристалл, обыкновенно имеющий полусферическую форму, этот кристалл на передающей тепло трубке осторожно поднимают при помощи микрометрического винта на такую высоту, чтобы он едва лишь касался поверхности расплава. Тогда, начиная от этой точки, образуется более крупный, очень правильно образованный округленной формы кристалл (охлаждение передающей тепло трубки необходимо при этом усилить). Наконец, этот кристалл следует также поднять из расплава и очень осторожно охладить. [c.135]

В начальной стадии кристаллизации поток углерода из горячей зоны незначителен, а величина и снижение пересыщения у фронта роста кристаллов, перемеи ающегося в слой металла, аналогичны случаю одного холодного источника. С учетом действия двух источников углерода пересыщение у фронта роста становится Сг (Тх)—Са°(Тх)>СгЧТх)—Са°(Тх). При этом повышение интенсивности потока углерода из горячей зоны все в большей степени замедляет снижение пересыщения на движущемся фронте роста, пока не компенсирует полностью, что соответствует локальному минимуму пересыщения. Дальнейшее возрастание концентрации до Сг (Тх) увеличивает пересыщение на фронте роста, значение которого стремится к максимальному Сг Тх) — Са°(Тх). После установления в слое металла стационарного распределения концентрации углерода пересыщение у обращенной в расплав поверхности кристаллов опять начнет уменьшаться по мере ее перемещения к горячей зоне. Таким образом, с увеличением толщины слоя расплава и уменьшением перепада температуры между поверхностью растворения время достижения локальных минимума и максимума пересыщения возрастает. [c.367]

Рост кристаллов слюды из расплава определяют температура и концентрация. Переохлаждение определяет начальную термодинамическую готовность всего расплава к кристаллизации и опосредует пересыщение расплава готовыми к агрегации комплексами. Рост отдельного кристалла происходит в условиях локального пересыщения. Растущий кристалл, оттесняющий в расплав примеси, в условиях вязкой среды может оказаться в какой-то момент лишенным подпитки строительным материалом. Со временем он получает локальный доступ к питающей среде и начинается мощный выброс ветвей дендрита, которые, смыкаясь, изолируют примеси в микротрещинах. Наличие в расплаве слоев различного химического состава и большого количества разного рода примесей приводит к выделению кристаллов фторслюды в достаточно широком температурном интервале (30—40 °С), что характерно для кристаллизации из раствор-расплавных систем. С этой точки зрения многокомпонентный расплав фторфлогопита— это раствор сложного состава, содержащий растворенные примеси. [c.31]

С нашей точки зрения, источником газовых включений являются продукты разложения затравочного кристалла при его соприкосновении с расплавом. Действительно, поскольку фторфлогопит разлагается уже при температуре 1100 °С, при расплавлении шихты и необходимом подплавлении верхней части затравки кристаллы разлагаются. Дальнейший бездефектный рост кристалла на дефектную затравку уже невозможен, кроме того, выделившаяся газовая фаза частично остается на границе раздела расплав — кристалл, экранируя фрон кристаллизации. [c.55]

X. С. Багдасаровым [3] разработана система автоматического контроля границы расплав—кристалл при ГНК, которая позволяет автоматически определять скорость роста или расплавления кристалла. Главная рабочая часть системы — лазерный локатор. Метод основан на различии положения поверхностей расплава и кристалла поверхность расплава всегда горизонтальна, поверхность кристалла имеет некоторый наклон, обусловливаемый мас-сопереносом, причины которого рассмотрены У. Г. Пфаном. Следует подчеркнуть, что данным методом определяется положение не собственно границы кристалл — расплав, а только линии ее выхода на поверхность. [c.170]

Приведенные данные свидетельствуют о том, что травление кристаллов ИАГ в процессе их роста происходит именно над зеркалом расплава. Механизм травления поверхностн растущего кристалла ИАГ можно объяснить следующим образом. Продукты термической диссоциации оксида алюминия, испаряющиеся с зеркала расплава, конденсируются на растущем кристалле и в зоне высокой температуры взаимодействуют с его поверхностью, обн разуя низкотемпературные эвтектики. В результате этого взаимо- действия состав поверхностного слоя кристалла изменяется от ИАГ в сторону эвтектики ИАГ, АЬОз, которая имеет более низкую температуру плавления по сравнению с температурой плавления граната. Образующийся на поверхности кристалла расплав эвтектического или близкого к нему состава стекает вниз по кристаллу, оставляя характерные бороздки стекания жидкой фазы, т. е. протравливает поверхность ИАГ. [c.222]

Чтобы К. происходила с заметной скоростью, систему (напр., расплав, р-р, пар) необходимо значительно переохладить или пересытить кристаллизующимся в-вом. В такой системе в течение нек-рого времени (кнкубациоаный, или индукционный, период) не происходит заметных изменений, но формируются центры (зародыши) К. Они могут образовываться также под действием электрич. поля (см. Электро-кристаллизация), видимого света или др. По достижении зародышами критич. размеров г р (0,5—5 нм) начинается спонтанный рост кристаллов, в результате чего образуется множество (Iff"—10> в 1 см ) кристаллов разного размера, формы н дефектности. На следующей стадии мелкие кристаллы растворяются, а крупные растут (осгвальдово созревание), форма кристаллов приближается к равновесной, неравновесные дефекты, повышающие энергию Гиббса кристаллич. свстемы, ликвидируются. [c.286]

Таким образом, результаты измерения линейной скорости роста с несомненностью свидетельствуют о том, что вводимые в полиамид добавки оказывают влияние, характерное для поверхностно-активных веществ. Наряду с этим эффектом следует ожидать, что снижение поверхностной энергии на границе кристалл — расплав должно сопровождаться резким увеличением скорости зародыпхеобразования в результате уменьшения критических размеров зародышей. Действительно, как это видно на примере полиамида с добавками 2, (рис. 1, б, г), введение поверхностно-активных веществ приводит к возникновению мелкосферолитной структуры. Это является результатом увеличения скорости зародышеобразования при условии увеличения суммарной скорости, что и имеет место на самом деле. [c.394]

Степень ориентации расплава при сдвиге можно регулировать, изменяя величину деформации материала. На рис. 2 показана микрофотография образца после удаления парафина этот образец подвергался очень интенсивному напряжению сдвига с помощью шпателя, которЫхМ деформировали расплав смеси полиэтилен — парафин на стекле с угольной подложкой. Направление роста кристаллов хорошо заметно на этом снимке. Плотность образующихся зародышей столь велика, что оказывается ограниченным боковой рост ламелярных кристаллов. [c.126]

Скапский [65] провел экспериментальные определения, основывающиеся на аналогичном принципе использования эффекта кривизны границы раздела кристалл — расплав при равновесной температуре (т. е. в точке плавления). Кривизна создавалась на границе раздела коническим капилляром, вытянутым из стеклянной трубки до образования узкой шейки с внутренним радиусом в наиболее узкой части около 1 мк. В трубке выращивали ненапряженный монокристалл когда твердая фаза образовывалась в сужающейся шейке, так что этот рост кристалла сопровождался увеличением кривизны (2/г) границы раздела, равновесная температура Т сосуществования кристалла с расплавом уменьшалась. Уравнение (39) можно преобразовать в уравнение Томсона [70] следующим образом [c.376]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология