Диффузия и скорость роста кристаллов

Скорости роста кристаллов и образования зародышей зависят от значительного количества внешних факторов. Так, перемешивание раствора влияет на относительную скорость перемещения раствора и кристалла, увеличение которой уменьшает внешнее диффузионное сопротивление. Перемешивание суспензии эффективно до тех пор, пока общая кинетика роста существенно зависит от диффузионного подвода вещества. Повышение температуры увеличивает общую скорость процесса кристаллизации. Действительно, когда скорость процесса определяется сопротивлением внешней диффузии, то повышение температуры уменьшает вязкость раствора и увеличивает коэффициент диффузии кристаллизующегося вещества. Рост температуры уменьшает также сопротивление процессу собственно кристаллизации, поскольку работа образования кристаллических зародышей уменьшается. [c.153]

Температура оказывает двоякое влияние. С одной стороны, с ростом температуры возрастает диффузия ионов, что дает возможность увеличить плотность тока, при которой еще не начали образовываться дендриты, а также губчатые осадки. С другой стороны, повышение температуры электролита ведет к увеличению скорости роста кристаллов, что благоприятствует возникновению грубозернистой структуры. При не слишком высоких температурах преобладает влияние первого из рассмотренных факторов, вследствие чего качество покрытий улучшается. При высоких же температурах образуются покрытия худшего качества. Следует заметить, что при осаждении почти всех гальванических покрытий (за исключением хрома) с ростом температуры увеличивается выход по току. При этом улучшается и электропроводность раствора. [c.218]

Интенсивное перемешивание в условиях псевдоожижения увеличивает скорость подачи материала путем диффузии его к граням растущих кристаллов, что ускоряет их рост. При этом быстро уменьшается степень пересыщения раствора. При больших скоростях раствора, как известно, увеличивается скорость образования зародышей это может привести к снижению размеров кристаллов. При одинаковых температурах и гидродинамических условиях с уменьшением степени пересыщения скорость роста кристаллов возрастает в большей степени, чем скорость образования зародышей. Обычно таким способом осуществляют кристаллизацию относительно слабо пересыщенных растворов вблизи нижней границы метастабильной области, регулируя степень пересыщения, температуру. [c.642]

Другой фактор, определяющий скорость роста кристалла,— скорость диффузии частиц вещества из жидкой фазы к поверхности растущей грани кристалла. Следовательно, протекают дна одновременно противоположно направленных процесса — отвод теплоты и доставка к зародышам новых порций частиц. [c.245]

Пренебрегая тепловой неравновесностью кристалла и поверхности раздела фаз, скоростной неравновесностью между кристаллом и несущей фазой, запишем уравнение изменения скорости роста кристалла (массовой) для случая, когда рост происходит под влиянием внешней диффузии [c.287]

Суммарная скорость кристаллизации зависит от соотношения скоростей обеих стадий кристаллизации и в общем случае определяется скоростью диффузии молекул к центрам кристаллизации, молекулярной и пространственной структурой сырья,температурой и длительностью процесса и др. Возможны три варианта соотношения скоростей а) скорость диффузии молекул к центрам кристаллизации больше скорости роста размеров кристаллов б) скорость роста размера кристаллов примерно равна скорости диффузии молекул к центрам кристаллизации в) скорость диффузии молекул к центрам кристаллизации лимитируется вязкостью системы и меньше скорости роста кристаллов углерода. При достижении укрупненными центрами кристаллизации (сложными структурными единицами) порога осаждения система расслаивается на фазы (третья стадия). [c.158]

Температура кристаллизации в общем оказывает положительное влияние на скорость роста кристаллов. При более высокой температуре сни-жаетсй вязкость раствора и, следовательно, облегчается диффузия. Однако в большей степени влияние температуры отражается на увеличении числа зародышей, что, как известно, приводит к образованию более мелких кристаллов. При положительной растворимости с повышением температуры кристаллизации уменьшается степень пересыщения раствора, что, в свою очередь, вызывает снижение движущей силы процесса. [c.636]

Скорость вращения суспензии при кристаллизации (в результате механического воздействия мешалки) является одним из важнейших факторов, определяющих размер получаемых кристаллов (см. также гл. 9). Обработка данных (табл. 4.7) для одной и той же мешалки [128] с учетом Уо, Л и фа показывает, что уменьшение размеров кристаллов при усилении перемешивания наблюдается для тех веществ, которые в растворе характеризуются меньшим коэффициентом активности, а твердая соль — большим структурным показателем. Кроме того, значение фц становится больше, а Ата, наоборот, уменьшается. При исследовании влияния перемешивания на кристаллизацию до сих пор уделяли внимание главным образом частоте вращения мешалки, без учета указанных физико-химических характеристик раствора и твердого вещества. Согласно [202], имеется взаимосвязь между линейной скоростью роста кристалла, интенсивностью перемешивания и рядом таких физических характеристик раствора и растущего кристалла, как коэффициент диффузии О, вязкость т), плотность раствора рр и твердой фазы р. . [c.110]

Кинетика и механизм диффузионных процессов представляют огромный интерес для полупроводниковой электроники, техники квантовых оптических генераторов, процессов изготовления микроминиатюрных устройств, твердых и пленочных схем. Изготовление активных элементов полупроводниковых схем и р—/г-переходов (см. гл. IX) основано на диффузии легирующих примесей в полупроводниковый монокристалл из газа или расплава. Этот процесс сводится к налета-нию молекул (атомов) из газовой фазы и к диффузии их внутрь кристалла. Второй процесс медленнее первого. А так как диффузия примесей протекает по уравнениям первого порядка, то весь процесс псевдо-мономолекулярный. Таков же характер процесса травления полупроводника, если диффузионная стадия самая медленная. В этих случаях особую роль играет закон анизотропии кристаллов (см. гл. IV), так как диффузия в кристаллах идет с разной скоростью в разных направлениях. Скорость роста кристаллов, скорость окисления кислородом, скорость травления зависят от того, какая грань подвергается воздействию. Например, доказано 178], что различные грани кристаллов вольфрама обладают разной активностью по отношению [c.49]

По мере уменьшения степени пересыщения раствора рост кристаллов в результате возникновения двумерных зародышей становится энергетически невыгодным и вступает в силу дислокационный механизм. В этом случае скорость роста кристаллов зависит от скорости объемной и двумерной диффузии растворенного вещества. Экспериментально установлено, что энергия активации сложной диффузии (объемной и двумерной) равна 8 = 34 440 Дж/моль, т. е. в 1,65 раза больше, чем энергия активации объемной диффузии. [c.38]

Рассмотрим процессы диффузии легирующих примесей в слитках, получаемых из расплава и выявим их влияние на окончательное распределение легирующих примесей в кристаллах. Допустим, что в начальный момент времени имеется полубесконечная цилиндрическая затравка, в которой парциальная плотность легирующих примесей есть функция радиуса рп = ф(г) боковая поверхность затравки и растущего кристалла непроницаема для примесей радиус кристалла Гк равен радиусу затравки скорость роста кристалла постоянная процесс изотермический. На границе раздела фаз парциальная плотность примесей изменяется со временем и зависит от радиуса, т. е. рп=г )(т, г). Выберем цилиндрическую систему координат с осями г и I. Начало координат рас- [c.189]

Экспериментально установлен одинаковый характер влияния элементов первой и третьей групп на процесс образования центров кристаллизации, который заключается в ослаблении зависимости числа центров кристаллизации от давления, а на кинетику изменения формы алмазов — в относительно более частом появлении грани куба при увеличении размера кристаллов от до 0,6- 10 м, т. е. в интервале длительности процесса алмаза до 1200 с. Влияние указанных групп элементов на линейную скорость роста кристаллов противоположно (см рис. 132). Если в присутствии бора, азота и в меньшей степени алюминия скорость роста алмаза увеличивается, то введение 1п, Оа Си, 5Ь приводит к ее снижению. Полученные результаты можно объяснить некоторым повышением в присутствии этих элементов энергетического барьера перехода графит — алмаз за счет ослабления каталитических свойств металлической системы. В случае азота возможно влияние также элементов, образующих нитриды. В условиях регулярного роста кристаллов примеси первой группы способствуют увеличению пересыщения углерода или путем усиления температурной зависимости его растворимости в металлическом расплаве, или за счет увеличения размеров ассоциаций атомов углерода в растворе. Элементы третьей группы из-за слабого их взаимодействия с углеродом, очевидно, снижают и его растворимость и скорость диффузии в расплаве. [c.380]

Как было показано в гл. 16, растворение и рост алмаза в растворе-расплаве металлов в изучавшихся условиях лимитируются процессом переноса углерода, который может осуществляться путем термо- или концентрационной диффузии. С целью изменения механизма, лимитирующего скорость роста кристаллов алмаза, в качестве источника углерода использовались графит, содержащий цирконий (массовая доля 25 %), а также прессованная смесь порошков синтетического алмаза и никеля (в соотношении 3 2) с размером частиц (1—4)-10 м. В последнем случае графитовый нагреватель камеры с горизонтально расположенным реакционным объемом изолировался танталовой трубкой с толщиной стенки 3-10 м. Предполагалось, что указанные композиционные углесодержащие материалы за счет меньшей площади контакта с углеродом, присутствия тугоплавкого металла-наполнителя и т. д. обеспечат снижение интенсив-388 [c.388]

Эти параметры зависят от температуры, кривые скорости образования зародышей и скорости роста кристаллов характеризуется наличием максимумов, так как высокая вязкость при пониженных температурах препятствует перераспределению атомов и замедляет процессы диффузии, определяющие образование зародышей и рост кристаллов. [c.141]

Эффект разрушения — упрочнения сказывается в основном на кинетических эффектах в растворах, таких как вязкость и диффузия, а соответственно и на скорости роста кристаллов. [c.15]

В настоящее время теоретики рассматривают процесс кристаллизации и конденсации состоящим из двух стадий — зарождения частиц новой фазы и их дальнейшего роста. Кроме того, существует также мнение [213], что рост кристаллов происходит за счет оседания на поверхности растущего кристалла субмикроскопических зародышей. В предположении,что скорость роста кристаллов в пересыщенных и насыщенных растворах определяется диффузией зародышей к одному из них, являющемуся центром возникающего кристалла, выведено уравнение скорости роста поверхности кристалла, которое связывает между собой энергию активации диффузии зародышей, среднее число молекул в зародыше, концентрацию и температуру раствора [317]. Я. И. Френкель [318] пришел к выводу о существовании субмикроскопических зародышей не только в пересыщенном растворе, но и в насыщенном. Идея о существовании в растворе субмикроскопических зародышей нашла экспериментальное подтверждение в работах Е. Познера [319]. [c.85]

Н. А. Фигуровский и Т. А. Комарова [373] по вопросу о механизме процесса кристаллизации отмечают, что результаты экспериментальных исследований, полученные при изучении кинетики кристаллизации, не дают оснований рассматривать процесс роста кристаллов как один из видов простых химических реакций первого (адсорбция ионов и молекул на поверхности кристаллов), второго или п-го порядка (десольватация ионов или молекул) либо же с точки зрения определяющего влияния на скорость роста кристаллов, явлений диффузии и других факторов. Они приходят к выводу, что механизм роста кристаллов до сих пор остается неясным. [c.99]

Нойес и Уитни нашли, что скорость растворения кристаллов определяется диффузией из насыщенного слоя, находящегося на поверхности, в глубь раствора. Различные попытки описать скорость роста кристалла с помощью механизма обратной диффузии оказались в общем безуспешными. Марк тщательно исследовавший процесс роста кристаллов, показал, что в большинстве случаев это процесс второго порядка, а не первого, как того требует диффузионный механизм. По достижении некоторой определенной скорости перемешивания, скорость роста кристаллов становится независимой от скорости перемешивания. Рост кристаллов часто задерживается или совсем подавляется вследствие адсорбции красителей, тогда как на скорость растворения они не оказывают заметного влияния. Это указывает, что какой-то другой фактор, а не диффузия, решающим образом определяет скорость роста кристаллов. [c.157]

Укрупнение и рост кристаллов льда происходят по следующим причинам. Если наряду с образовавшимися кристаллами льда в топливе находятся еще и капельки переохлажденной воды, то вследствие того, что давление насыщающего пара над льдом меньше, чем давление паров над переохлажденной водой, капельки воды испаряются и конденсируются только уже на кристаллах льда, способствуя тем самым их росту. Увеличение размеров кристаллов льда продолжается до тех пор, пока не испарятся все капельки и не кончится весь избыток воды, содержащейся в топливе в растворенном состоянии. Скорость роста кристаллов льда при этом определяется коэффициентом диффузии молекул воды в топливе, который в свою очередь зависит от вязкости среды. [c.105]

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]

Массовая скорость роста кристаллов находится в зависимости от скорости диффузии и может быть выражена следующей общей формулой для скорости реакций в гетерогенной системе [c.187]

D — коэффициент флуктуаций скорости роста кристаллов коэффициент диффузии D(X) — приведенная дисперсия Do, D — значения приведенной дисперсии при i = О [c.330]

Температура. Увеличение температуры влияет на электро-осаждение в двух противоположных друг другу направлениях. С одной стороны, оно способствует диффузии и тем самым препятствует образованию крупнокристаллических или губчатых осадков при высоких плотностях тока. С другой стороны, увеличивается скорость роста кристаллов, что благоприятствует выделению крупнокристаллических осадков. Далее, увеличение температуры уменьшает перенапряжение водорода и таким образом облегчает выделение газообразного водорода, что вызывает понижение кислотности раствора, а следовательно, и осаждение основных солей. При умеренных температурах обычно преобладает влияние первого из трех перечисленных факторов, благодаря чему качество осадков улучшается, но при более высоких температурах образуются осадки более низкого качества. [c.638]

Рассмотрим функцию распределения кристаллов по размерам в аппаратах типа MSMPR в случае зависимости скорости роста от размера. Для некоторых кристаллизирующихся систем закон МакКейба хорошо соответствует экспериментальным данным [70]. Для этих систем сопротивление диффузии, вероятно, меньше, чем сопротивление вследствие химической реакции, так что скорость объединения молекул растворенного вещества в кристаллическую решетку определяет общую скорость роста кристаллов. Однако во многих системах наблюдалось в действительности нарушение закона Мак-Кейба [123, 124]. Основываясь на работах [123, 124] предложено для скорости роста эмпирическое соотношение [125] ti = = /САс а. [c.143]

Кинетика и механизм диффузионных процессов представляют огромный интерес для полупроводниковой электроники, техники квантовых оптических генераторов, процессов изготовления микроминиатюрных устройств, твердых и пленочных схем. Изготовление активных элементов, полупроводниковых схем п р— -переходов основано на диффузии легирующих примесей в полупроводниковый монокристалл из газа или расплава. Этот процесс сводится к налетанию молекул (атомов) из газовой фазьг и к диффузии их внутрь кристалла. Второй процесс медленнее первого. А так как диффузия примесей протекает по уравнениям первого порядка, то весь процесс псевдо-мономолекулярный. Таков же характер процесса травления полупроводника, если диффузионная стадия самая медленная. В этих случаях особую роль играет закош анизотропии кристалов, так как диффузия в кристаллах идет с разной скоростью в разных направлениях. Скорость роста кристаллов, скорость окисления кислородом,, скорость травления зависят от того, какая грань подвергается воздействию. Например, доказано, что различные грани кристаллов вольфрама обладают неодинаковой активностью по отношению к кислороду и разной способностью эмитировать электроны при нагревании между этими свойствами наблюдается коррелятивная зависи.мость. Медь быстрее всего окисляется в направлениях, перпендикулярных граням кубических кристаллов. Обнаружено,, что внутреннее строение пленки СигО определенным образом ориентировано по отношению к поверхности кристаллов меди, что называется явлением эпитаксии. [c.61]

Перемешивание раствора интенсифицирует диффузию кристаллизующегося вещества к поверхности кристалла и ускоряет его рост. Это, однако, справедливо до тех пор, пока в результате перемешивания удаление блоков с поверхности кристалла не превышает эффекта ускоренного диффузионного переноса вещества при чрезмерной интенсивности перемешивания скорость роста кристаллов падает. Перемешивание раствора способствует равномерному притоку кристаллизующегося вещества ко всем граням кристалла, обеспечивая его правильную форму. Следует, однако, иметь в виду, что с увеличением интенсивности перемеишвани я уменьшается размер кристаллов как за счет нх механического [c.688]

Повышение температуры кристаллизации оказывает голожительное влияние на скорость роста кристаллов (при увеличении температуры уменьшается вязкость среды и облегчается диффузия), Однако рост температуры [c.346]

Рассматриваемый случай изучен экспериментально на примере осаждения сульфата бария из пересыщенных растворов в работах Нильсена Автор установил, что в зависимости от концентрации BaS04 линейная скорость роста кристаллов лимитируется либо диффузией ионов раствора, либо диффузией частиц в слое, адсорбированном на поверхности кристалла. В последнем случае оказалось, что скорость роста кристаллов пропорциональна 4-й степени концентрации BaS04 в растворе. [c.168]

Скорость кристаллизации не является постоянной величиной вначале она увеличивается, а затем падает. С повышением температуры скорость роста кристаллов увеличивается, поскольку при этом окоряется диффузия, облегчается подход из раствора новых молекул вещества, из которых складывается структура кристалла. На свойсиа получаемых кристаллов влияют условия, при которых происходит процесс кристаллизации (скорость охлаждения, перемешивание и др.). [c.153]

С повышением температуры увеличивается скорость роста кристаллов. Если лимитирующей стадией является стадия подвода вещества к поверхности кристалла, то с ростом температуры увеличивается коэффициент диффузии и уменьшается вязкость. Если скорость процесса определяется скоростью поверхностной реакции, то уменьшение критического размера двухмер- [c.358]

Перемешивание, ультразвуковые колебания и другие механические воздействия резко увеличивают скорость образования кристаллических зародышей. В настоящее время нет общепризнанной теории, объясняющей этот факт. Однако можно предположить, что увеличение интенсивности перемешивания и различные механические воздействия вызывают более частые столкновения молекул и тем самым увеличивают вероятность образования зародышей критического размера. На стадии роста кристаллов перемешивание оказывает влияние на скорость процесса только в том случае, если лимитирующей стадией является подвод вещества к поверхности кристалла, т. е. если процесс 41ротекает в диффузионной области. Тогда с увеличением интенсивности перемешивания возрастает скорость конвективной диффузии, что приводит к увеличению скорости роста кристаллов. [c.359]

Из формулы следует, что при одинаковых условиях кристаллизации скорость роста кристаллов парафина прямо пропорцио- альна их концентрации и обратно пропорциональна вязкости среды. Влияние последней обычно проявляется в большей мере и потому в высоковязком топливе даже при наличии большого количества кристаллов выделившегося парафина в результате меньшей скорости их диффузии размеры кристаллов пара 1)ина будут значительно меньше, чем в маловязком топливе. Это в равной мере относится как к высококипящим топливам (дизельные топлива ДЛ и ДС, соляровое масло), обладающим высокой вязкостью при температурах от О до —15- —20 X, так и к Солее ни.чкокичящим дизельным топливам ДЗ и ДА, имеющим высокую вязкость при —ЗО г- —45 °С, а также и к реактивным топливам (Т-1 и в меньшей мере ТС-1), вязкость которых достигает высоких значений при температурах ниже —50- —60 С. [c.38]

Очень интересная работа Ягича посвящена исследованию образования щелочных алюмосиликатов, например в системе окись натрия — глинозем — кремнезем, при выдерживании прессованных таблеток из метакаолина, силлиманита, альбита и карбоната натрия в температурном интервале от 600 до 780°С. В этом случае оказалось возможным определить не только скорость реакций, но также скорость диффузии и роста кристаллов конечного продукта с течением времени. Таким образом, процесс кристаллизации гнейсов или гранитов на глубине может быть воспроизведен Д(Звольно точно. Рост кристаллов наблюдается только при температуре выше 700°С но, зная величину диффузии и скорость реакции, Ягич рассчитал, что через 108 лет толщина кристаллического слоя продуктов реакции при 500°С должна составлять только 1,8 см, при 600°С —60,3 см, а при 700°С — 1000 см (конечно, только в сухом состоянии). Участие летучих компонентов в природных системах будет существенно увеличивать скорость реакции и диффузии. [c.712]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология