О форме фронта и скорости кристаллизации

О ФОРМЕ ФРОНТА И СКОРОСТИ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ [c.43]

СКОРОСТЬ ПОДЪЕМА ЗАТРАВКИ И ФОРМА ФРОНТА КРИСТАЛЛИЗАЦИИ [c.214]

Ростовая полосчатость отражает форму границы кристалл — расплав, т. е. фронта кристаллизации (ФК) на всех стадиях выращивания кристаллов. Данные о характере ростовой зональности в объеме кристалла позволяют судить об изменении формы фронта кристаллизации во время его выращивания от сильно выпуклой конусообразной до сильно вогнутой. Известно, что форма фронта кристаллизации зависит от скоростей вытягивания и вращения кристалла, его диаметра и теплопроводности, глубины расплава. [c.208]

Нами изучалась конвекция в расплаве и зависимость изменения формы фронта кристаллизации от изменения характера конвекции прн выращивании кристаллов И.А.Г методом Чохральского на установке Вико с резистивным нагревом из тиглей радиусом 2,6 и 3,3 см на затравках, ориентированных по [100]. Частота вращения кристалла со=Г2—40 мин , скорость вытягивания У = = 1,2—5 мм/ч, атмосфера — аргон Я 5-10 Па или вакуум 14 211 [c.211]

Скорость превращения в данной конкретной системе определяется скоростью самых медленных процессов, каковыми могут быть и процессы переноса, и поверхностные процессы, и те и другие вместе, да еще во взаимодействии друг с другом. При росте из расплава теплота кристаллизации отводится либо через кристалл, либо через переохлажденный расплав, В первом случае распределение температуры устойчиво по отношению к искажениям формы фронта кристаллизации. Во втором случае, если кинетические процессы на поверхности раздела фаз идут достаточно быстро, то распределение температуры неустойчиво, поскольку движущая сила кристаллизации на возмущенном участке тогда тем больше, чем сильнее он выступает в переохлажденный расплав. Подобным же образом при росте из пересыщенного раствора поверхность становится неустойчивой при [c.363]

При отводе скрытой теплоты плавления через расплав последний является переохлажденным и, если на фронте кристаллизации возникает бугорок , скорость роста поверхности бугорка в отличие от случая 1 увеличится. Здесь плоская форма фронта кристаллизации неустойчива, и случай 2 характеризуется дендритным ростом твердого тела. [c.30]

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]

Соотнощение между скоростью кристаллизации (в общем случае — скоростью вытягивания) и исходной концентрацией примеси занимает особое место при изучении структуры слитка. В зависимости от этого соотнощения реализуется либо гладкая форма поверхности фронта кристаллизации, либо ячеистая, которая может вырождаться в ячеисто-дендритную и дендритную. Гладкая форма поверхности фронта кристаллизации в соответствии с нашей терминологией приводит к гладкой структуре слитка, при которой слиток является монокристаллическим или состоит из крупных блоков. Ячеистая форма поверхности фронта кристаллизации соответствует ячеистой структуре слитка. Ячеистую структуру, так же как и ячеисто-дендритную и дендритную, часто называют субструктурой. [c.72]

Оказалось, что если осуществить реверсивное вращение контейнера при высокой температуре нагревателя, то при кристаллизации снизу вверх примесь эффективно оттесняется фронтом кристаллизации и при достаточно большой скорости вытягивания с сохранением почти плоской формы фронта кристаллизации. Приведем конкретный пример 7]. [c.108]

Обычно, однако используют ие одну, а несколько радиоактивных добавок, различающихся содержанием радиоактивного изотопа и вводимых в изложницу через определенные промежутки времени. При этом на радиографии темплета обозначится несколько границ между областями с различной степенью потемнения, соответствующими объемам металла, помеченным через разные промежутки времени. Таким образом, получается картина, показывающая скорость продвижения фронта кристаллизации. Подобные исследования позволяют установить связь между скоростью кристаллизации, строением стального слитка и технологическими факторами (температурой заливки стали, толщиной стенок изложницы, геометрической формой изложницы). [c.288]

В зависимости от скорости процесса кристаллизации подбирают частоту съемки. В данной работе частоту изменяли в пределах от 1 до 5 кадров в секунду. Время экспозиции при этом изменялось от 0,4 до 0,08 с. Это позволяет детально изучить процесс роста кристаллов на поверхности раздела фаз и наблюдать изменение формы фронта кристаллизации при различной интенсивности ультразвуковых колебаний. [c.418]

С точки зрения процесса кристаллизации метод зонной плавки мало чем отличается от метода Бриджмена. Используя одну печь для создания температурного фона вдоль всего слитка (температура ниже температуры плавления вещества) и вторую печь, передвигающуюся вдоль всего слитка, для создания расплавленной зоны, имеем возможность контролировать температурный градиент у фронта кристаллизации и создавать условия для повышения структурного совершенства монокристалла. Преимуществом этого метода является то, что время, в течение которого расплав находится в контакте с материалом лодочки, намного меньше, чем при методе Бриджмена, а потому загрязнение материала значительно меньше. Кроме того, используя данный метод, можно регулировать ширину расплавленной зоны и скорость ее перемещения, а также создавать вдоль слитка несколько отдельных расплавленных зон. Управление формой фронта кристаллизации, особенно но вертикали, является, однако, весьма сложной задачей, так как здесь большую роль играют относительные теплопроводности материала тигля и обрабатываемого вещества. Выбор материала для тигля в большинстве случаев ограничен и определяется физико-химическими свойствами обрабатываемого материала. Возможности этого метода имеют наибольшее значение для глубокой очистки материалов от примесей (см. гл. УП1). [c.291]

Применяя метод выращивания с переменной скоростью вытягивания, нужно учитывать такие факторы, как изменение формы фронта кристаллизации и необходимость программированного изменения температуры расплава поэтому применение данного метода в общем случае весьма ограничено. [c.330]

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]

В качестве примера сложной поверхности раздела фаз рассматривается плоская поверхность с выступом, имеющим форму полусферы, перемещающаяся с постоянной скоростью. Анализируется вопрос об устойчивости плоской поверхности кристаллизации. Показывается, что при определенном размере выступа он может разрастаться это приводит к выбрасыванию в расплав отростков и разрушению плоского фронта кристаллизации. Подобное же рассмотрение проведено для выступа, имеющего форму полу-эллипсоида. [c.16]

Из изложенного ясно, что при некотором значении Ро скорость перемещения фронта кристаллизаций будет максимальна. С точки зрения стабильности формы поверхности кристалла парабола, движущаяся с максимальной скоростью, будет наиболее устойчива. Действительно, если на вершине такой параболы появится выступ, то, поскольку скорость его роста меньше максимального значения, он постепенно рассасывается. Однако в период нестационарного роста возможно существование поверхностей кристаллизации, не удовлетворяющих условию максимальной скорости перемещения. [c.140]

Эти формулы совпадают с выражениями (I 1.10) при Трав = Т , что приводит к yQ t) — У г. Если вдоль поверхности раздела фаз изменяется кривизна поверхности, то возникает вопрос об отыскании устойчивых форм роста. В замкнутой постановке задачи форма поверхности раздела фаз должна следовать из ее решения, а не задаваться независимо. Однако при этом весь расчет чрезмерно усложняется. В случае сложной поверхности раздела фаз, имеющей в различных точках неравную кривизну, важным обстоятельством является взаимное влияние температурных полей, обусловленных соседними участками поверхности. Для выяснения этого обстоятельства рассмотрим ниже перемещение с постоянной скоростью плоского фронта кристаллизации с выступом заданной формы. Решение этой задачи непосредственно связано с анализом вопроса об устойчивости плоского фронта кристаллизации. [c.141]

Для количественного анализа условий теплоотвода от выступа рассмотрим случай кристаллизации из неограниченного по объему расплава, температура которого на бесконечности Гд. Не анализируя причины и кинетику появления выступа, примем, что па плоской поверхности имеется выступающий участок полусферической формы (радиуса р) и плоский фронт перемещается вдоль оси 2 с постоянной скоростью V (рис. 46). Если поместить начало движущейся системы координат в центр кривизны полусферического выступа, то при установлении стационарного состояния окажется [c.143]

Следует подчеркнуть, что обычно анализируется устойчивость плоского фронта кристаллизации, движущегося с постоянной скоростью V. При этом, однако, не рассматривается вопрос об условиях реализации постоянного значения г и о времени, которое необходимо для установления соответствующего квазистационарного состояния. Специально проведенные теоретические исследования приводят к заключению, согласно которому относительно устойчивой зависимостью длины кристалла от времени при последовательной кристаллизации является у ( ) — 1/ i. Таким образом, необходимо развитие теории устойчивости форм роста кристаллов в нестационарных условиях. [c.249]

Темкин [92] исследовал одновременное действие тепловых и диффузионных процессов при кристаллизации бинарного сплава в форме параболоида вращения. Он нашел решение основной задачи о параболоиде, удовлетворяющее одновременно уравнению (9.49), переформулированному применительно к росту из раствора [77], и уравнению (10.10) для задачи теплопроводности [90]. Во втором уравнении в отличие от первого были учтены поверхностная энергия и кинетические процессы на фронте кристаллизации. Степень снижения температуры плавления в разбавленном сплаве и коэффициент сегрегации были заданы кроме того, дендрит, обладающий максимальной скоростью , полученный при решении тепловой задачи, считался единственно реализующимся. Используя в качестве примера разбавленные сплавы свинца в олове, Темкин выяснил, что при заданной исходной температуре расплава даже небольшое содержание примеси способно привести к снижению скорости роста на несколько порядков. Этот смешанный анализ задачи, использующий к тому же непроверенное представление о максимальной скорости, можно, вероятно, рассматривать только как первое приближение решения поставленной задачи. [c.405]

Опыты проводили с двумя типами нагревателей, представленных па рнс. 69, а. При изменении скоростей подъе.ма затравки от 1,0 до 2,0 мм мин наблюдалась непрерывная деформация поверхности раздела твердой и жидкой фаз. Причем во всем диапазоне изменения скоростей фронт кристаллизации имел выпуклую форму. Однако величина прогиба заметно уменьшалась с увеличением скорости подъема. При скорости 1,0 мм мин она составляла 2,5 мм при диаметре кристалла 23,0—24,0 мм. По мере увеличения скорости до 2,0 мм мин прогиб становился меньше и при 2,0 мм мин составлял доли миллиметра, т. е. практически фронт кристаллизации приближался к плоскому. Дальнейшее увеличение скорости подъема кристалла от 2,2 до 4,2 мм мин сопровождалось изменением знака кривизны поверхности раздела, фронт кристаллизации имел вогнутую форму. При максимальной скорости подъема 4,2 мм мин стрела прогиба составляла 2,0 мм. Качественно аналогичные зако Юмер-ноети получены при исследованиях донного нагревателя (рис. 69, в). При выранщвании кристаллов этого же диаметра и одинаковых скоростях подъема затравки форма фронта кристаллизации изменялась в том же направлении, что и в первых опытах. Однако эти изменения в количественном отношении имели существенную разницу. Так, при скорости роста 1,0 мм мин стрела прогиба выпуклого фронта кристаллизации не превышала значений 1,70 мм, а нрн 11 = 1,6 мм мин составляла 0,80 мм.. Практически I диапазоне изменения скоростей от ,(> до 2,2 мм мпн наблюдался илоскнн фронт кристаллизации, [c.216]

Форма фронта кристаллизации может изменяться постепенно или резко, искусственно (например, путем изменения скорости вращения кристалла) или самопроизвольно (без какого-либо внешнего изменения условий роста). При резком изменении выпуклой формы фронта кристаллизации на менее выпуклую или плоскую форму происходит расплавление центральной части конуса. Г. Зудзик высказал предположение, что такая естественная смена формы фронта кристаллизации связана с критической длиной кристалла, которая определяет величину теплоотвода через него. [c.208]

По данным Б. Кокейна и др. [42], изменение выпуклой формы фронта кристаллизации на плоскую и вогнутую в результате увеличения скорости вращения кристалла объясняется изменением свободной конвекции на вынужденную. [c.209]

По данным А, А, Чернова и X. С. Багдасарова, образование гранных и негранных форм роста обусловливается соотношением процессов, определяющих поверхностную кинетику, и процессов тепло- и массопереноса. Если скорость кристаллизации определяется поверхностной кинетикой, фронт кристаллизации огранен. Если скорость кристаллизации контролируется процессами тепло-214 [c.214]

Если поток тепла вдоль оси трубки постоянен по ее сечению (одномерен) и если не учитывать такие дополнительные факторы, как кинетические явления на поверхности раздела фаз или влияние поверхностной энергии и примеси, и считать несущественным как каталитическое, так и любое другое влияние стенок трубки, то для исследования кристаллизации переохлажденного расплава в трубке можно воспользоваться решением классической одномерной задачи Стефана, взяв уравнения (9.19) и (9.22). При выполнении сделанных предположений фронт кристаллизации плоский, тепловой поток полностью заключен в переохлажденном расплаве и, согласно уравнению (9.19), скорость кристаллизации dXIdt пропорциональна Следовательно, кристаллизация в трубке Таммана нестационарна, так что скорость роста не может принимать постоянного значения. Как уже отмечалось при обсуждении уравнения (9.23), скорость направленной кристаллизации постоянна только в том случае, когда от расплава с начальной температурой, равной температуре плавления, отбирают тепла больше, чем его поступает при постоянной температуре к поверхности л = 0 для этого температура граничной поверхности должна снижаться с течение. времени экспоненциально. Поскольку в экспериментах с трубкой Таммана это условие не выполняется, постоянство скорости кристаллизации свидетельствует либо о нарушении одномерности теплового потока, либо о заметном влиянии каких-либо из уже перечисленных выше факторов, либо о том и другом одновременно. Поэтому целесообразно попытаться найти количественное решение трехмерной (или двумерной при условии цилиндрической симметрии) задачи Стефана для трубки Таммана, потому что без такого решения вряд ли можно предсказать форму поверхности раздела фаз и скорость кристаллизации. Впрочем, из эксперимента можно определить нижнюю границу значений кинетического коэффициента, основываясь на том, что переохлаждение поверхности раздела фаз бГ АТ. Некоторого успеха в исследовании плоского фронта, перемещающегося с постоянной скоростью, добился Хиллинг [105], рассчитавший к тому же температурные градиенты для трубок со стенками различной толщины. Аналогичные вычисления провели Майкле и др. [108]. Любов [86] проанализировал одномерную задачу с граничными [c.408]

На последнем условии остановимся детальнее. На рис. 11.15 показана форма фронта, кристаллизации при разных скоростях вытягивания. Результаты этих наблюдений изображены в виде графика h — lg 7 (рис 11.16). Из самых общих соображений следует, что существует максимальная скорость вытягивания Umax, выше которой говооить о направленной кристаллизации не имеет смысла. Действительно, если контейнер с расплавом выдвинуть из нагревателя с максимально возможной для механического перемещения скоростью, получим кристаллизацию, похожую на объемную, но никак не на направленную. Для наших условий i/max МЫ оценивнем в 7 см/ч. Это значение отвечает началу крутого хода стрелы прогиба фронта кристаллизации [c.47]

Основными преимуществами метода Чохральского по сравнению с другими методами выращивания монокристаллов являются следующие. Кристалл формируется в свободном пространстве, не испытывая никаких механических воздействий со стороны тигля размеры растущего кристалла можно произвольно изменять в пределах конструкции установки. Распределение температур з расплаве и на границе раздела можно изменять по желанию оператора (например, изменением полол ения тигля по отношению к нагревателю, установкой различных экранов, дополнительных печей и т. д.). Скорость вытягивания и скорость вращения кристалла и тигля определяются оператором, который имеет возможность визуально наблюдать за процессом роста. Это позволяет сопоставлять результаты исследования выращенных кристаллов с точно фиксированными условиями выращивания и находить, таким образом, оптимальрые условия. Так, например, было установлено, что по форме фронта кристаллизации можно судить о взаимосвязи термических и динамических факторов. Исследования изменений формы фронта кристаллизации вдоль выращиваемого слитка показали, что как распределение дислокаций по объему кристалла, так и распределение примесей по сечениям кристалла, перпендикулярным к оси роста, находятся в непосредственной связи с формой фронта. [c.295]

Многие органические вещества, например тимол, легко переохлаждаются и нуждаются в затравке для начала кристаллизации. Некоторые соединения, например хлоргидрат и-бутиламина, при быстром охлаждении затвердевают в стекловидную массу. Для кристаллизации таких веществ необходимо поддерживать температуру лишь немного ниже температуры плавления. Однако большинство соединений быстро затвердевает при охлаждении их до температуры ниже температуры плавления. Наблюдения при охлаждении и кристаллизации позволяют сделать заключения о внешнем виде кристаллов, о скорости их роста, о форме фронта кристаллов и о наличии эвтектики. Использование этих данных для идентификации рассмотрено Шамо и Мейсоном [27], а также Митчелом 128] (см. также обсуждение на стр. 136—146). [c.354]

Изучение картин анодного травления в продольных шлифах показывает, что форма фронта кристаллизации практически не меняется при изменении скорости вращения тигля, оставаясь выпуклой в сторону кристалла, а период слоистости с увеличением скорости вращения возрастает. Полосы могут быть как в части кристалла, получй яог о бея так и в pro части, [c.166]

При росте кристаллов реализуются два механизма роста. Грани как наиболее плотноупакованные поверхности растут по тангенциальному механизму и являются атомно-гладкими, негранные поверхности фронта кристаллизации растут по нормальному механизму и являются атомно-шероховатыми [3]. Скорость роста атомно-шероховатой поверхности не зависит ог направления, а переохлаждение на фронте кристаллизации чрезвычайно мало. В результате фронт имеет округлую форму и совпадает с изотермической поверхностью, имеющей температуру плавления. Участки с гранями, растущими по тангенциальному механизму, требуют для своего роста значительного переохлаждения. [c.215]

Далее анализируется возможность математического рассмотрения кристаллизации плоского слитка, когда учитывается теплообмен в жидкой фазе в результате конвекции и теплообмен, происходящий по закону Фурье, а такя е учитывается кинетика собственно кристаллизации. Выписанные системы уравнений могут быть решены с использованием счетно-решающих устройств. Однако, сделав определенные предположения о законе перемещения границы раздела фаз, можно проанализировать температурные условия в жидкой части слитка. Результаты расчета распределения температур в жидкой части слитка в разные моменты времени при конкретном значении параметров задачи представлены в форме графиков. Расчет скорости перемещения фронта затвердевания приведен в двух приближениях для условий кристаллизации железа. [c.14]

Учет зависимости скорости роста кристалла от переохлаждения требует привлечения представлений о собственно кинетике кристаллизации. Не останавливаясь на деталях вывода связи йу/дЛ, и АГ, отражающей особенности собственно процесса кристаллизации, отметим, что форма этой связи определяется атомным механизмом роста кристалла. При росте кристалла величина переох-лаждения на фронте кристаллизации [c.24]

При некоторых формах зависимости у ох I ряд (1.22) можно просуммировать и получить относительно простое выражение для температурного поля Г (х, ), обеспечивающее заданный закон перемещения фронта кристаллизации. Например, при движении фронта кристаллизации с постоянной скоростью г = onst из (1.22) находим известное выражение [51] [c.64]

Для упрощения математической постановки задачи форма выступа считалась заданной и простой (полусфера или полуэллипсоид). При точном решении вопроса об устойчивости плоского фронта кристаллизации следовало бы найти форму выступа, соответствующую максимальной скорости его роста, а после этого установить предельные условия, при которых выступ пе может двигаться быстрее, чем плоский фронт кристаллизации. Вместо того чтобы рассмотреть развитие выступа во времени при заданных внешних условиях кристаллизации, найдем, в какой ситуации выступ перемещается с той же скоростью, что и плоский фронт при сохранении его формы. Если 1,0 и д 2,0 — тепловые потоки соответственно в твердую и жидкую фазы от плоского фронта, а и 2 — тепловые потоки от вершины выступа, то при выполнении неравенства [c.143]

Темкин [224, 225] исследовал скорость увеличения полусферического выступа на плоском фронте кристаллизации разбавленного бинарного сплава. Но, как показали Маллинз и Секерка [218], исследование поведения выступа специфической формы еще не позволяет сформулировать критерий устойчивости плоского фронта роста по отношению к произвольному возмущению. [c.483]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология