Фронт кристаллизации

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]

Рис. 2. Баланс тепла для фронта кристаллизации

Поскольку в целом процесс направленной кристаллизации протекает с конечной скоростью, то определенный указанным способом коэффициент разделения будет представлять собой так называемый эффективный коэффициент разделения эф. Равновесный коэффициент разделения можно найти, если опыты проводить при различных скоростях движения фронта кристаллизации и затем полученные значения эф экстраполировать к нулевой скорости процесса. Для этой цели обычно используют следующее соотношение между эффективным коэффициентом разделения и скоростью кристаллизации [c.116]

Благодаря большому числу зародышей, которые конкурируют друг с другом во время своего роста, образующиеся кристаллы не могут достигать значительных размеров и в наружных частях слитка получается зона мелких равноосных кристаллов. Вследствие быстрой кристаллизации стали в этих слоях освобождается значительное количество тепла (теплота плавления). Это тепло, а также тепло, приносимое потоками стали из внутренних, более горячих областей изложницы, приводят к некоторому повышению температуры на фронте кристаллизации. При этом несколько снижается переохлаждение и вследствие уменьшения с. з. ц. к. происходит рост ранее возникших кристаллов на внутренней границе корочки, образовавшейся на стенках изложницы. Такой рост кристаллов приводит к возникновению зоны столбчатых кристаллов. [c.397]

Рассмотрим однократный процесс. Если коэффициент разделения больше единицы, то образующаяся в ходе процесса твердая фаза будет иметь более высокую концентрацию примеси, чем остающаяся жид- кость. По мере продвижения фронта кристаллизации обеднение жидкости примесью будет более заметным и верхний слой жидкости может быть уже в значительной степени освобожден от примеси. Если же ко- [c.114]

На точность определения коэффициента разделения методом направленной кристаллизации существенное влияние оказывает частичный захват расплава образующейся твердой фазой. Последнее особенно проявляется при относительно высоких скоростях движения фронта кристаллизации. В результате концентрация примеси в пробах, отбираемых последовательно из различных сечений по длине слитка после окончания процесса, не будет соответствовать значениям х, задаваемым уравнением (1П.9). Это вносит ошибку в оценку коэффициента эф, а следовательно, и равновесного коэффициента разделения. Но при скоростях движения фронта кристаллизации порядка нескольких миллиметров в час, при которых осуществляется процесс направленной кристаллизации с целью определения коэффициента разделения, доля захватываемого расплава по отношению к единице поверхности раздела фаг обычно невелика. При этом условии захватом расплава можно пренебречь и пользоваться для расчетов уравнениями (П1.9) — (П1.11). [c.117]

Пусть число зонных проходов составляет 5 . Поскольку в конце образца длиной в одну зону идет направленная кристаллизация, рассмотрим лишь часть слитка длиной (Л о—С). Распределение же примеси в кристаллизующейся последней зонной длине образца будет описываться уравнением вида (П1.9), в котором Хо = х м -с1а, где — концентрация примеси в твердой фазе у фронта кристаллизации зоны при ее 5к-м проходе. [c.122]

Теперь представим, что подобный образец того же вещества подвергается направленной кристаллизации. Пусть скорость движения фронта кристаллизации в обоих процессах одинакова. Совершенно очевидно, что отбрасывая по окончании каждого из процессов одно и то же количество концентрата примеси, равное количеству вещества в зоне замораживания, мы получим каждым из рассматриваемых методов одинаковое количество продукта с одинаковым содержанием примеси, т. е. зонное замораживание с одним проходом кристаллизующейся зоны и однократная направленная кристаллизация при одинаковых условиях дают одну и ту же степень очистки, которую, как уже было показано, можно определить с помощью соотношения (III.12). Отсюда следует, что при многократном повторении процесса замораживания с отбрасыванием после каждого цикла От молей концентрата примеси, где От — количество вещества в кристаллизующейся зоне, соответствующую степень очистки нетрудно оценить исходя из выражения (III.14). [c.129]

К сожалению, даже для рассматриваемого простейшего случая одновременного движения по образцу очищаемого образца двух затвердевающих зон решение дифференциального уравнения (111.35) в аналитическом виде получить не удается, вследствие чего и здесь приходится прибегать к численным расчетам. Полученная на основании таких расчетов (а = 0,5 Мо = 8Ст, С = = 0т) зависимость степени очистки веш ества от положения фронта кристаллизации второй затвердевающей зоны графически представлена на рис. 35 (кривая 3). Здесь же для сравнения приведены кривые, рассчитанные для процессов однократного (кривая /) и двукратного (кривая 2) зонного замораживания с отбрасыванием От молей концентрата примеси по окончании каждого цикла. Из рис. 35 видно, что перемещение вдоль очиш,аемого образца одновременно двух затвердевающих зон (кривая 3) приводит к существенному повышению эффекта очистки по сравнению с перемещением одной затвердевающей зоны (кривая /). Эффект очистки, достигаемый при таком двухзонном замораживании, выше эффекта очистки при двукратном зонном замораживании с одной затвердевающей зоной (кривая 2). [c.130]

Геометрические размеры и качество кристалла существенно зависят от скорости выращивания и температуры. Обычно скорость вытягивания кристалла составляет 0,1—2 мм/мин. Увеличение температуры приводит к сокращению фронта кристаллизации и уменьшению диаметра растущего кристалла, вплоть до полного отрыва его от расплава, а уменьшение температуры— к увеличению диаметра монокристалла и скорости выращивания. Однако при высокой скорости выращивания кристалла увеличивается количество захваченных примесей. [c.58]

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]

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]

Какую роль играет форма фронта кристаллизации в образовании структурных дефектов [c.61]

Возникающая при быстрой кристаллизации расплава четкая граница раздела фаз фронт кристаллизации) перемещается от граничного слоя, контактирующего с охлаждающим телом, в глубину расплава, соответственно растет толщина затвердевшего вещества. С увеличением переохлаждения повышается и скорость перемещения фронта кристаллизации (для быстро кристаллизующихся веществ). При охлаждении многокомпонентных расплавов четкая граница раздела фаз отсутствует, возникает некоторая переходная область, в которой находится смесь твердой и жидкой фаз. Образование твердой фазы в частично кристаллизующихся расплавах начинается при охлаждении их ниже температуры плавления. [c.261]

X. Расстояние от фронта " кристаллизации а. [c.85]

Основной недостаток метода — низкая скорость роста монокристалла. Так как составы расплава и растущего кристалла резко отличаются, у фронта кристаллизации образуется слой жидкости, состоя- [c.88]

В последнее время все большее внимание уделяется гальванотехнике расплавленных солей для нанесения металлических покрытий типа вольфрамовых, молибденовых, титановых и др., которые не удается осуществить электролизом водных растворов. К сожалению, электролиз расплавленных солевых ванн часто приводит к получению неплотных, плохо сцепленных осадков малой толщины. Катодные осадки здесь в основном получаются в виде дендритов с сильно развитой шероховатостью. Таким образом, для нанесения плотных осадков значительной толщины, фронт кристаллизации должен быть устойчивым. [c.412]

Рост из расплава. При росте кристалла из расплава движущей силой является относительное переохлаждение 8Т/Т = = (7 — То)/Т о на фронте кристаллизации. Поверхностная шероховатость кристалла, контактирующего с собственным расплавом, а также величина переохлаждения и определяют в основном вид зависимости скорости роста кристалла от 8Т/Т. Как показывает расчет, скорость роста кристалла может зависеть от ST/T линейно (модель нормального роста все поверхностные узлы активны), квадратично (модель дислокационного роста активными центрами являются, например, винтовые дислокации), экспоненциально (рост кристалла из расплава происходит по механизму двумерного зарождения). [c.484]

Джексон и др. (1967 г.) провели на ряде материалов тщательное исследование кинетики роста из расплавов. Они отметили, что имеется мало сколько-нибудь существенных и надежных данных по кинетике процесса и что теплоперенос (особенно у металлов) часто может препятствовать правильному определению переохлаждения на фронте кристаллизации. [c.485]

Ввиду того что кристаллизатор снабжен мощным охлаждением, тепловой режим по сечению образуемого в нем слитка неодинаков края слитка охлаждаются более интенсивно, чем центральная часть его. Поэтому в верхней части слитка образуется лунка жидкого металла, дно которой является границей между жидкой и твердой фазами, т. е. фронтом кристаллизации выплавляемого слитка. [c.185]

Если мощность печи и ее тепловой режим остаются постоянными, фронт кристаллизации продвигается вверх с постоянной скоростью, что является весьма важным моментом, обусловливающим качество и однородность выплавляемого слитка. В районе лунки металл прилегает к стенке кристаллизатора, однако прилегание не происходит по всей поверхности касания, так как над поверхностью жидкого металла у стенки кристаллизатора образу- [c.185]

Оптические кристаллы (КРС-5, КРС-6) изготавливают также из расплава галоидных солей таллия, но не л1етодом вытягивания, а постепенным охлаждением солевой смеси, залитой в контейнер специальной формы, перемещаемый сверху вниз в двухзонной электропечи (метод Стокбаргера), в результате чего в контейнере образуется фронт кристаллизации, постепенно перемещающийся снизу вверх, и вырастает монокристалл. [c.5]

На их основе дается оценка оптимальных соотношений чисел оборотов кристалла н тигля. В главе IV рассматривается взаимодействие сил поверхностного натяжения на фронте кристаллизации. Приведены результаты численного решения задачи, с помощью которых устанавливается связь формы поверхности раздела фаз с качеством монокристалла. [c.6]

КВ — конвективный ф—фронт кристаллизации [c.8]

Существование незамерзающих прослоек воды в контакте со льдом позволяет объяснить еще целый ряд явлений например, движение под действием градиента температуры вмерзших в лед твердых частиц и пузырьков воздуха [324, 325] отталкивание или захват частиц движущимся фронтом кристаллизации [326, 327]. Движение вмороженных частиц будет, естественно, направлено в сторону, обратную термокристаллизационному потоку. При понижении температуры скорость такого термофореза снижается вследствие уменьшения толщины прослоек. Уменьшается скорость термофореза также и при повышении теплопроводности частиц за счет снижения локальных значений градиента температуры. Экспериментальные подтверждения явления термофореза, связаннт1го с течением незамерзающих прослоек воды по поверхности вмороженных в лед стеклянных шариков, получены в работах, [324, 325]. [c.110]

Как видно из этого выражения, вклад термокристаллизационного течения пленок растет при уменьшении радиуса капилляров. Подстановка в уравнение (6.12) известных физических характеристик воды (/г 10 см, т1г 0,01 Па-с и ГдаГо) показывает, что отношение У /Уз Х при г 10 мкм. Это определяет весьма важную роль термокристаллизационного течения пленок воды в промерзших тонкопористых телах. При среднем радиусе пор г<с10 мкм основная роль в процессе внутреннего массообмена в промерзших пористых телах вблизи фронта кристаллизации принадлежит термокристаллизационному течению пленок. Напротив, в широкопористых телах (г>10 мкм) перенос влаги происходит в основном в виде пара. Влияние термокапиллярного течения пленок, как показывают оценки [328, 329], не превышает 2% от вклада термокристаллизационного течения (при /гл 10 см), но может возрастать до 20% при уменьшении толшины пленок до 10 см. [c.112]

Малый промежуток времени выразим через количество закристаллизовавшегося вещества АЫт, скорость кристаллизации 1 кр и перемещение фронта кристаллизации на расстояние Аг с помощью соотношений = и 5с12рг = с1Л/г. из которых имеем [c.145]

Для однородности свойств монокристалла одинаково нежелательна ни вогнутая, ни выпуклая поверхность раздела. В зависимости от формы фронта кристаллизации в центральных частях кристалла будут возникать термические сжимающие или растягивающие напряжения, которые при достаточно высоких температурах выращивания приведут к появлению пластнче- [c.58]

На формирование монокристалла влияет форма фронта кристаллизации. Так как рост кристалла всегда происходит в направлении, перпендикулярном фронту кристаллизации, то при выпуклом фронте увеличивается вероятность исчезновения в процессе роста побочных центров кристаллизации и, следовательно, получения структурно совершенного монокристалла. Влияние на форму фронта кристаллизации можно оказывать, изменяя условия теплоотвода через растущий кристалл. Кроме того, выращивать монокристаллы удается, используя контейнеры специальной формы или применя,я монокристалли-ческие затравки. [c.85]

Распределение примеси в вытягиваемом из расплава слитке описывается уравнением (41). Уравнения (41—43) справедливы при соблюдении ряда условий — так называемых Пфановских приближений. Во-первых, коэффициент распределения — величина постоянная и не зависит от концентрации. Это отвечает предположению, что в диаграмме состояния системы основное вещество — примесь линии ликвидуса и отвечающая ей линия солидуса твердого раствора — прямые линии. Такое предположение оправдано только в области малых концентраций, и коэффициент распределения, вообще говоря, является функцией концентрации примеси. Во-вторых, диффузия в твердой фазе настолько мала, что ею можно пренебречь. В-третьих, примесь распределена по всему объему жидкой фазы равномерно. Так как фронт кристаллизации движется со скоростью, превышающей скорость диффузии примеси в расплаве, перед фронтом кристаллизации образуется слой, обогащенный примесью (когда коэффициент распределения меньше единицы), или, наоборот, обедненный примесью. Содержание примеси [c.201]

Пленочная кристаллизация. Процесс проводят в вертикальном кожухотрубчатом теплообменнике, снабженном спец. оросит, устройством. С его помощью исходная смесь равномерно распределяется по внутр. пов-сти всех труб и стекает по их стенкам в виде тонкой пленки. В межтрубное пространство кристаллизатора подается охлаждающая жидкость. При охлаждении начинается частичная кристаллизация смесн, н внутр. пов-сть труб покрывается ровным слоем кристаллов. По достижении заданной толщины слоя подача разделяемой смеси прекращается, в межтрубное пространство поступает греющий агент (напр., вода или водяной пар), происходит выплавление кристаллнч. фазы. В случае бинарных смесей в оптим. условиях (при плоском фронте кристаллизации) параметр а, можно рассчитать по ур-нию (прн л, 1) [c.525]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология