Процессы при выращивании кристалла из раствора

Фиг. 2.11. Некоторые консервативные и неконсервативные процессы выращивания кристаллов из раствора.

По другому способу выращивание кристаллов сапфира и рубина проводилось с применением водных растворов карбоната натрия с добавками гидрокарбоната натрия и карбоната аммония (исходная шихта — дробленый корунд с добавлением различных хромофорных компонентов). Температура процесса составляла 480...500°С, давление 60... 190 МПа, температурный перепад 15...40 ""С. Скорость роста образующихся кристаллов составляла от 0,1 до 0,3 мм/сут. [c.78]

Получение кристаллов в гидротермальных условиях представляет собой частный случай выращивания кристаллов из растворов. Однако специфические особенности осуществления высокотемпературной кристаллизации в условиях высоких давлений создают целый ряд ограничений прежде всего аппаратурного характера, а также в части средств -контроля параметров процесса. В особенности следует указать на весьма. ограниченный доступ внутрь сосуда в ходе процесса выращивания кристаллов для наблюдения и контролирования их роста. [c.34]

Наилучшие, хорошо воспроизводимые результаты были достигнуты А. Уокером и Е. Бюлером в 1950 г. при проведении экспериментальных работ в лаборатории фирмы Белл телефон . Для выращивания кристаллов кварца применялся 5%-ный раствор гидроксида натрия. Процесс осуществлялся при температуре камеры кристаллизации около 360 °С и величине температурного перепада на внешней стенке сосуда 7—47 С, давлениях 100—126 МПа. Скорость роста кристаллов в этих условиях достигала 2,5 мм/сут. Проведенные опыты доказали возможность успешного выращивания кристаллов в условиях температурного перепада в растворах гидроксида натрия. [c.16]

Полежаев В. И. Особенности гидродинамики расплавов и растворов в процессе выращивания кристаллов.— В кн. 4-я Международная школа специалистов по росту кристаллов. М., 1980, ч. 1, с. 279—297. [c.255]

На рис. 3-2, а показано, какие параметры являются определяющими при постановке выращивания кристаллов по этому методу. Выбор температуры и растворимости взаимообусловлен, что отражают противоположно направленные стрелки между обоими указанными параметрами. Взаимосвязь между основными параметрами в процессе выращивания кристалла методом испарения изображена на рис. 3-2, б. Температура, площадь испарения раствора и разность упомянутых выше давлений определяют количество испарившегося растворителя. Произведение количества испарив- [c.81]

Требования к материалам, применяемым в кристаллизаторах, в целом ряде случаев оказываются более жесткими, чем для обычной химической аппаратуры. Причина этого заключается в чувствительности растущего кристалла, порой крайне высокой, что мы уже подчеркивали, к присутствию некоторых специфических для разных кристаллов примесей. Большая или меньшая агрессивность раствора, особенно при значительной длительности процесса выращивания кристаллов, приводит к накоплению в среде роста продуктов взаимодействия раствора с деталями кристаллизатора. Поэтому нужно хорошо представлять себе возможное взаимодействие раствора с соприкасающимися с ним деталями. Рассмотрим основные применяемые сейчас материалы. [c.182]

Концентрация примеси или активатора сильно зависит от того, как протекает затвердевание в процессе выращивания кристалла из жидкой фазы. Рост кристалла называют консервативным, если общее количество материала в двух фазах (жидкой и твердой) остается постоянным, т. е. материал не добавляется извне и не удаляется из той или другой фазы [11]. Примером могут служить многие нормальной кристаллизации" ) [15]. При нормальной кристаллизации посредством консервативного процесса в начальный период роста весь материал представляет собой жидкую фазу и твердая фаза кристаллизуется из жидкости на определенной поверхности в пересыщенном растворе. В итоге граница раздела между твердой и жидкой фазами перемещается через расплав контролируемым образом. В таких [c.71]

Метод выращивания кристаллов из раствора, при котором в качестве растворителя используются расплавленные металлы, как и другие процессы выращивания из растворов, имеет свои преимущества и свои недостатки. Монокристаллы многих металлов и полупроводников выращены таким методом. Ранее (разд. 4.4) уже говорилось о применении расплавов переходных металлов в качестве растворителей графита при кристаллизации алмаза. При кристаллизации алмаза пересыщение создают за счет растворения метастабильной в условиях опыта фазы (графита), более растворимой, чем устойчивая в условиях опыта кристаллизуемая фаза (алмаз). [c.331]

Одним из путей повышения экономичности процессов кристаллизации, вероятно, явится усовершенствование методов выращивания кристаллов. Это — область весьма плодотворных научных исследований, особенно в части изучения состава кристаллов, образующихся из систем типа твердого раствора. Остро ощущается необходимость в данных о скоростях роста кристаллов в условиях, воспроизводящих условия промышленного процесса. [c.99]

Выращивание кристаллов из растворов производят путем кристаллизации на заранее полученных зародышах или осколках кристаллов. Кристалл при этом растет медленнее и будет тем совершеннее, чем меньше величина пересыщения. Линейная скорость роста не должна превышать 1—2 мм за сутки (это соответствует построению около 100 плоскостей в секунду). Предпочтительно работать при повышенных температурах, так как при этом меньше вязкость раствора и выше скорость диффузии. При кристаллизации из неподвижного раствора следует позаботиться о создании условий для чрезвычайно медленного охлаждения пересыщенного раствора (хорошая теплоизоляция) или о поддержании постоянной температуры при одновременном медленном испарении растворителя. Процесс можно проводить в сосуде [c.134]

Сопоставление величин удельных скоростей роста базисной поверхности (0001) кварца в содовых растворах с различной начальной концентрацией соды показало отсутствие прямой пропорциональности между щелочностью раствора и скоростью роста. Это обстоятельство позволяет заключить, что удельная скорость роста кристаллов, по-видимому, зависит от особого активного состояния 5102, которое обусловлено величиной концентрации щелочи, но целиком ею не определяется. Поскольку высокие концентрации соды вносят усложнение в процесс выращивания в результате выпадения из раствора силикатной фазы и, кроме того, дают менее качественный кварц вследствие захвата большого количества примеси, выигрыш в скорости роста при высоких концентрациях соды едва ли может компенсировать потери в качестве кристаллов и время простоя оборудования, затраченное на очистку автоклавов от осадка тяжелой фазы . Этот вывод сле-42 [c.42]

Габитус—характерная форма природного или синтетического кристалла. Гидротермальный метод — термин, используемый для обозначения процесса выращивания драгоценных камней при высоких температурах и давлениях из водных растворов. [c.154]

Выделение солей из растворов с образованием твердой фазы лежит в основе технологических процессов выращивания кристаллов — как единичных (получение монокристаллов), так и множества (массовая кристаллизация). Для проведения данных процессов необходасуш определенные термодинамические условия. Все методы выращивания кристаллов из растворов основаны на использовании зависимости растворимости вещества от термодинамических параметров процесса, главным образом от температуры Т и концентрации с растворителя. Под растворимостью понимают равновесную концентрацию с целевого вещества в растворе. Чаще всего используется зависимость растворимости от температуры. Наиболее типичный случай— возрастание растворимости вещества с увеличением температуры. Вид соответствующей кривой растворимости представлен на рис. 1.4.3.1 (отмечена с ). [c.30]

Условия стеканйя жидкости с кристаллов в значительной степени определяют чистоту кристаллов, достигаемую при центрифугировании плп фильтрации кристаллической пульпы. Если бы имелись способы выращивать кристаллы, не содержащие включений маточного раствора и достаточно крупные для удаления индивидуальных кристаллов из раствора при помощи механических устройств типа пинцета, то возможно было бы проводить процесс кристаллизации с эффективности каждой ступени очистки, близкой к 100%. Фактически для достижения результатов, которые могли бы быть достигнуты за одну ступень, процесс обычной кристаллизации органических веществ приходится проводить в три или большее число ступеней. Следовательно, эффективность каждой ступени можно принять равной 20—33%. Выращивание кристаллов, которое до сего времени является скорее искусством, чем наукой, кратко рассмотрено дальше (стр. 86). [c.66]

Пульна порциями выводится из емкостей выращивания в фильтрующую центрифугу нолуненрерывного типа, например изготовляемую фирмой Бейкер-Перкинс (см. рис. 23). Кристаллическую пульну загружают в центрифугу и центрифугируют для удаления за сравнительно короткое время (1—1,5 мин.) максимально возможного количества маточного раствора очищенные кристаллы удаляются при помощи автоматического устройства типа ножа. Общая продолжительность цикла около 3 мин. Центрифуга вращается непрерывно управление операциями загрузки, сушки и выгрузки кристаллов осуществляется при помощи электрического программного реле. При наличии двух или большего числа центрифуг, загружаемых параллельно из емкостей выращивания кристаллов, достигается практически непрерывный процесс. Содержание нараксилола в кристаллической лепешке, выгружаемой из центрифуги первой ступени, составляет 80%. По данным материального баланса в кристаллах остается около 22% маточного раствора, содержащего 8% параксилола. [c.73]

Кристаллическую пульпу из кристаллизаторов второй ступени выдерживают в течение нескольких часов в другой емкости для выращивания кристаллов, после чего центрифугируют, как и на первой ступени. Из обогащенного сырья, поступающего па вторую ступень, образуются более крупные кристаллы поэтому при центрифугировании они задерживают меньшее количество маточного раствора. Центрифугирование дает кристаллический продукт, содержащий 95% параксилола, и маточный раствор, содержащий 42% иаракси-лола. По данным материального баланса в кристаллической лепешке после центрифугирования остается всего около 9% маточного раствора, против 22% остающихся в лепешке из мелких кристаллов, получаемой на первой ступени процесса. [c.73]

Благодаря тому, что кристаллы очищаются от маточного раствора противо-точным процессом, а не в результате стеканйя жидкости, как в центрифуге, размеры кристалла играют второстепенную роль. Поэтому меньшее внимание можно уделять стадиям получения кристаллов и отпадает необходимость в емкости для выращивания кристаллов. Для получения продукта высокой чистоты не требуется несколько ступеней процесса. За одну ступень из сырья, содержащего лишь 20% параксилола, возможно получать параксилол чистотой 99%, но весьма значительный температурный градиент в противоточной колонне (от —73° до +13°) требует очень точного регулирования ее работы. Поэтому на первой промышленной установке для промышленного производства ксилола чистотой 98,5% было признано целесообразным пспользовать двухступенчатый процесс. Схема этого процесса производства нараксилола представлена на рис. И. Сырье, содержащее 15—20% параксилола, предварительно охлаждают приблизительно до —40° путем теплообмена с холодным маточным раствором, выходящим при —73° из фильтров первой ступени. Предварительно охлажденное ксилольное сырье дополнительпо охлаждают до —73° в обычном кристаллизаторе со скребками для кристаллизации параксилола. [c.75]

Синие кристаллы кварца впервьге были получены в 1958 г. на затравках базисной ориентации при введении в систему Н2О— 5102 — Na20 — СО2 соединений кобальта, растворимых в гидротермальных условиях. Концентрация пигментирующей примеси в исходном растворе и температурные параметры режима выращивания существенно влияют на интенсивность окраски, распределение которой подчиняется закономерностям зональной и секториальной сегрегации неструктурной примеси. На основании результатов спектрального анализа окрашенных кристаллов и характера распределения синей окраски можно заключить, что ион-хромофор Со + адсорбируется коллоидно-дисперсными комплексами силиката натрия и вместе с ним захватывается во время роста кристалла гранью пинакоида. Связь центров синей окраски искусственных кристаллов кварца с ионами Со2+ подтверждена спектрами поглощения, измеренными в поляризованном свете. На всех полученных кривых отчетливо наблюдается широкий максимум с тремя пиками при 545, 595 и 640 нм. Полное отсутствие дихроизма в этих спектрах и наличие тиндалевского рассеяния света подтверждает коллоидальный характер окрашивающей примесной фазы, захват которой начинается при максимальной скорости порядка 0,2 мм/сут на сторону в направлении оси Ц. С увеличением скорости до 0,25 мм/сут массовое содержание кобальта в пирамиде <с> достигает 1-10 3 7о, что обеспечивает образование кристаллов голубого цвета. Синие ярко окрашенные кристаллы с концентрацией кобальта до 1—2 10" % вырастают со скоростью 0,3—0,4 мм/сут при температуре 330—395 °С. В процессе выращивания синего кварца на дне автоклава выделяется стеклообразный осадок тяжелой фазы , окрашенной в темно-синий цвет и содержащей около 3-10" % СоО. Интенсивность синей окраски при нагревании кварца выше точки ач=ьр перехода несколько снижается. После высокотемпературной термообработки образцы голубого цвета теряют прозрачность и, подобно бесцветному кварцу, выращенному с высокими скоростями, приобретают опаловидный характер, сохраняя прочность 12 179 [c.179]

Ряд наблюдений и выводов, полученных специалистами ИК АН СССР в ходе многолетних экспериментальных исследований по выращиванию кварца, оказались полезными для продолжения работ поискового характера. Была показана бесперспективность осуществления синтеза кварца на основе методики Р. Наккена, а также апробированы растворители различного состава в широком диапазоне значений pH. Впервые в отечественной практике проведены эксперименты по синтезу кварца в кислых растворах. Детально изучены процессы расслоения и составы фаз в системе 51 02—N320—Н2О. Показана принципиальная возможность выращивания кристаллов на затравочных пластинах ромбоэдрических срезов. В целом работами, проведенными ИК АН СССР, была подтверждена принципиальная возможность развития сырьевой базы пьезооптической промышленности за счет получения синтетического кварца. [c.7]

Рост кристаллов кварца в щелочных растворах нельзя отождествлять с процессами растворения и последующей перекристаллизации в обычном понимании этого явления. Растворение кварца сопровождается химической реакцией перехода диоксида кремния в соли кремневой кислоты — силикаты. Образовавшийся в результате такого взаимодействия силикат переходит в раствор в больших или меньших количествах в зависимости от условий протекания процесса. Именно этот силикат в процессе роста кристаллов служит источником питания (или транспортирующим агентом) затравочной пластинки диоксидом кремния, В ходе указанного акта щелочной силикат должен претерпевать разложение на свободную щелочь и диоксид кремния, который служит строительным материалом для растущего кристалла. Следовательно, процесс выращивания кварца состоит из двyx противоположных стадий а) образования щелочного силиката в результате взаимодействия исходного кварцевого сырья со щелочью б) разложения образовавшегося силиката с выделением ЗЮг и ее кристаллизацией. Обе эти стадии представляют собой химические реакции и зависят от природы щелочи, концентрации ее в растворе и от внешних условий — температуры, давления и массообмена. [c.43]

При выращивании базисных кристаллов из природного шихтового кварца в растворе может накапливаться примесь алюминия, что приводит к более интенсивному ее внедрению в пирамиды 1120 и 1122 на завершающих стадиях процесса роста. Аналогичные закономерности распределения структурной примеси проявляются и в случае выращивания кварца из растворов, содержащих примесь ионов железа. При изменении состава и строения примесных комплексов или ионов нередко вырастают полизональные кристаллы. Соответствующие перестройки структуры примесных фаз могут происходить как в растворе (например, изменение степени окисления ионов железа приводит нередко к нарастанию разноцветных слоев в пирамиде пинакоида), так и в кристаллической матрице непосредственно в процессе выращивания и, как уже отмечалось, после завершения роста при различных воздействиях. В последнем случае имеют место довольно сложные процессы изменения строения примесных дефектов кристаллической решетки, что наблюдалось при выращивании цитринов и аметистов (образование окрашенных зон преимущественно в поверхностном слое). Значительные изменения физико-хи- [c.45]

При нарушении оптимальных режимов травления затравок в процессе выращивания в кристаллах возникают трещины. Места выхода сингенетичных трещин на поверхности граней декорированы шрамовыми внциналями. При залечивании трещин возникают системы дендритов, что способствует образованию сообществ жидких включений неравновесной формы, большая часть которых характеризуется аномальным соотношением фаз. В некоторых случаях процесс переотложения вещества на стенках одного крупного включения завершается полным его расшнурованием и появлением нескольких однофазных (жидких и газовых) включений. Залечивание трещин происходит на протяжении небольшого отрезка времени (как во время кристаллизации, так и после завершения цикла) при снижении температуры раствора. По-видимому, на этом этапе возникают дендритные вростки сложной неравновесной формы. Быстрое снижение температуры ( замораживание ) останавливает преобразование дендритов, благодаря чему фиксируются различные стадии процесса перестройки включений. [c.130]

Удобство сборки и разборки в связи с цикличностью процесса выращивания. Специфика синтеза проявляется, в частности, в так называемом запаразичивании затворных узлов, заключающемся в зарастании спонтанными кристаллами узких полостей (зазоров, щелей и т. д.), особенно в зоне верхнего затворного узла, где по самой сути метода температурного перепада рабочий раствор несколько холодней и более пересыщен кристаллизующимся минералом. Эти кристаллические образования существенно затрудняют разборку затвора после технологического цикла, и конструкция уплотнительных устройств должна предусматривать сведение возможности их образования к минимуму. [c.202]

Начиная с конца 1950-х годов появилось множество исследовательских лабораторий, изучающих процессы выращивания рубина из раствора в расплаве. Примерно в это же время Кэрролл Ф. Чэтем из Сан-Франциско, пионер в области производства изумруда, начинает работы по выращиванию рубина и в течение последнего десятилетия продает рубины, полученные из раствора в расплаве. Фотографии этих кристаллов показывают, что они имеют изометричную, а не пластинчатую форму, и это наводит на мысль об использовании в качестве плавня какого-либо вольфрамата или, возможно, молибдата. Кристаллы наращиваются на светлоокрашенные затравки из природных корундов и содержат включения как в самой затравке, так и в области начального роста вокруг затравки [22]. В 1969 г. появились так называемые рубины Кашан . Они производились в Соединенных Штатах компанией Ардон ассошиейтс и продавались компанией Дизайнере лимитед из Хьюстона, Техас. Как сообщалось в журнале Драгоценные камни и геммология , эти камни по свойствам почти идентичны природным камням, за исключением способности пропускания коротковолнового ультрафиолетового света и различия характера включений. Кристаллы, выращенные из раствора-расплава, часто содержат обособления маточной жидкости, которая задерживается в ловушках и затвердевает в процессе роста. Специалисты говорят о вуали и пунктирных включениях и обычно используют их присутствие в кристаллах как критерий для отличия таких синтетических камней от натуральных. В то же время они могут дать ценную [c.44]

В тех редких случаях, когда растворимость падает с повышением температуры (см., например, MgS04 H20 на рис. 1-9), температурный коэффициент растворимости мал и поэтому описываемый метод для выращивания кристаллов таких веществ практически не применяется. В силу ограниченности объема кристаллизатора невозможно осуществить процесс так, чтобы он шел одновременно при постоянных температуре и пересыщении. Поэтому кристаллизация ведется так, что точка состав — температура движется в области метастабильных растворов вдоль кривой насыщения в сторону уменьшения растворимости, что соответствует снижению температуры, почему описываемый метод обычно называют методом кристаллизации при снижении температуры. [c.74]

Для выращивания кристаллов по методу снижения температуры используют кристаллизаторы, изображенные на рис. 5-2. Объем раствора определяют, исходя из необходимого размера (массы) кристалла и хода растворимости вещества (рис. 3-1, а). Так, если растворимость при температуре начала процесса составляет Стах г/100 г растворителя, а при температуре конца процесса — min и нужно получить кристалл массой А, г, то минимальное количество раствора в граммах составит [c.74]

Взаимосвязи между основными параметрами при выращивании кристаллов по этому методу достаточно просты (рис. 3-1,6). Произведение температурного коэффициента растворимости на величину переохлаждения дает пересыщение раствора. Пересыщение раствора в совокупности с объемом раствора создают общую массу избыточного вещества в растворе. Пересыщение в совокупности с температурой определяют скорость роста и сответственно качество кристалла. Качество кристалла, как уже упоминалось в предыдущей главе, влияет в свою очередь на скорость роста. По мере роста кристалла в зависимости от его скорости уменьшается избыточная масса вещества в растворе, т. е. соответственно и пересыщение, и переохлаждение. Основная трудность технического порядка при использовании этого метода — это контроль за изменением пересыщения в процессе роста кристалла, что порождает затруднения в выборе необходимой скорости снижения температуры с целью поддержания пересыщения на необходимом уровне. Обычно идут по пути экспериментального подбора оптимальных скоростей снижения / для разных периодов роста. [c.76]

Метод в техническом отношении несколько сложнее предыдущего, и скорости роста, обычно достигаемые с его помощью, заметно меньше. Качество кристаллов может быть очень высоким, и размеры их достигаются большие. Описываемый способ был впервые использован в 1905 г. Г. Специа [Бакли Г., 1954, с. 59] для получения кристаллов кварца, впрочем, не из жидкости, а из паров. В 60-е годы удобная методика для выращивания кристаллов из водных растворов при комнатных температурах была предложена А. В. Белюстиным. С ее помощью выращивались, в частности, крупные кристаллы дигидрофосфата калия. Метод обладает несомненными достоинствами, заключающимися в возможности сравнительно легко поддерживать стационарность процесса, широко варьировать основные параметры. [c.110]

Если растворимость меньше 1 г/100 г растворителя (1дс<0), то возможно выращивание кристаллов методом кристаллизации ири химической реакции. Соответствующая граница проводится на рис. 3-17 на основании опыта выращивания иодата кальция, хлорида свинца, флюорита, крокоита, гипса и др. Однако не исклю-чено, что эта граница может передвинуться вправо. Пожалуй,, затруднением тогда будет лишь подбор исходных веществ для реакции, которые обладали бы большей растворимостью, чем синтезируемое вещество. Начиная с растворимости 1 г/100 г растворителя доступен для использования метод рециркуляции. Приблизительно с растворимости 5 г/100 г (1дс>0,7) возможно выращивание кристаллов при испарении раствора и при концентрационной конвекции. Для меньших значений растворимости применение методов кристаллизации при испарении и концентрационной конвекции возможно, но нерационально, так как процесс будет идти очень медленно, а в методе кристаллизации при испарении потребуются большие объемы раствора и увеличится опасность запаразичивания. Дело в том, что испарение происходит с поверхности раствора,, кристалл же находится в его глубине, и чем больше расстояние между кристаллом и поверхностью, тем больше пересыщение у поверхности по сравнению с пересыщением около кристалла (при отсутствии принудительного перемешивания). [c.117]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология