Дендритный рост

Дендритный рост. При высоких значениях пересыщения, когда рост кристаллов ограничен диффузией, превалирует дендритный тип роста. Он заключается в образовании неправильных или ветвистых агрегатов, напоминающих снежинки. В случае ионных осадков происходит диффузия сольватированных ионов к поверх-ностл растущего кристалла, осаждение этих ионов и высвобождение молекул растворителя с последующей диффузией растворителя в сторону от поверхности растущего кристалла. На ребрах, а особенно — Б вершинах, блокирующее влияние высвобожденного растворителя не так велико, поэтому в таких точках создаются наиболее благоприятные условия роста. Этот процесс назван механизмом затора в движении [47]. Важный аспект дендритного роста состоит в том, что образующиеся при этом кристаллы легко дробятся [48], и в результате возникает так называемое вторичное образование центров кристаллизации. Таким образом число частиц, образующихся при осаждении, может значительно превышать число центров кристаллизации, даже в отсутствие гомогенной кристаллизации. При искусственном стимулировании выпадения метеорологических осадков каждый центр кристаллизации, образованный йодидом серебра, может привести к возникновению тысяч капель дождя за счет дробления дендритных кристаллов льда. Нильсен [15] показал, что получение более мелких частиц при перемешивании в период роста кристаллов, по-видимому, опять-таки связано с дроблением дендритных кристаллов на ранних стадиях осаждения. Ультразвуковая вибрация при осаждении тоже приводит к уменьшению размера частиц. Уолтон [49] считает, что фрагментация дендритных кристаллов может иногда быть альтернативной формой начала гомогенного образования центров кристаллизации. [c.170]

Дендритный рост как особая форма роста кристаллов наблюдается в тех случаях, когда процесс кристаллизации протекает очень быстро, например, при резком охлаждении расплава или раствора. Если переохлаждение намного больше критического, то не происходит даль- [c.334]

Обычно единичные пластинчатые кристаллы образуются в переохлажденных очень разбавленных растворах. Из расплавов их Практически не удается вырастить, так как сразу образуется большое число центров нукле-ации и взаимные помехи приводят к так называемому дендритному росту. [c.43]

Пики перенапряжения наблюдаются не только при образовании новой фазы, но и при быстром разрастании поверхности осадка (при дендритном росте). Однако ряд признаков позволяет отличить пики фазового перенапряжения от других, так как при наблюдении катода в микроскоп видно, что до пика кристаллики не появляются и образуются только после возникновения пика. Кроме того, пик перенапряжения наблюдается на кривой первичного включения, но он отсутствует при повторном включении тока после разрыва его па короткое время. [c.241]

Нестабильность работы нагревателей печи может привести к возникновению низкочастотных колебаний скорости роста, для которых значение Р смещено влево относительно упомянутого выше диапазона значений этой величины. Из рис. 29 следует, что в этом случае полосчатая неоднородность подавляется тем сильнее, чем ближе значение к единице. Аналогичный эффект будет наблюдаться при дендритном росте, когда скорость кристаллизации велика. [c.93]

Существование сложных структурных форм и полианионов крупных размеров определяет высокую вязкость слюдяного расплава, составляющую около 1 Па-с при температуре кристаллизации для сравнения заметим, что условием получения качественных кристаллов из раствора в расплаве является вязкость, не превышающая 5-10 Па-с. Высокая вязкость расплава служит причиной скелетного и дендритного роста. [c.12]

Влияние геометрии теплового поля кристаллизатора на качество кристаллов. Влияние формы поверхности фронта кристаллизации (ПФК) на качество выращиваемых кристаллов общеизвестно. Различают ПФК плоскую, вогнутую или выпуклую по отношению к расплаву. Лучшие кристаллы фторфлогопита получены при плоской ПФК, отражающей отсутствие радиальных градиентов в кристаллизаторе. При выпуклой и особенно вогнутой ПФК всегда существует возможность поликристаллического или дендритного роста кристалла, возникновения термических напряжений в кристалле, захвата примесей на фронте кристаллизации 64 [c.64]

Для оценки коэффициента захвата маточной жидкости при направленной кристаллизации смесей, образующих твердые растворы, при ячеисто-дендритном росте можно использовать следующую зависимость [50] [c.56]

Значение дислокаций для роста кристаллов следует непосредственно из их топологической природы. Исследования Гиббса, Фольмера и других показали, что фактически невозможно образование нового слоя на завершенной плоскости кристалла с низкими индексами сравнительно насыщенного характера и вообще на любой грани кристалла с полиэдрическим габитусом, если пересыщение недостаточно велико. Это теоретическое заключение подтверждается тем простым наблюдением, что кристаллы часто растут с полиэдрической огранкой. Более свободная диффузия растворенного вещества в направлении к любой выступающей части кристалла или более легкий отвод скрытого тепла от этих мест в пересыщенной или переохлажденной среде должны приводить к тому, что выступающие участки будут находиться в контакте с жидкостью с более высокой степенью пересыщения или переохлаждения, чем менее выдающиеся части поверхности, такие, как центральные части плоских поверхностей. Если бы не имел места тот факт, что поверхность кристалла может оставаться в контакте с пересыщенной или переохлажденной средой, не вырастая, то результатом в таких случаях был бы неизменно дендритный рост. [c.16]

Кроме главных переменных — температуры и пересыщения, при выращивании кристаллов из раствора необходимо учитывать еще несколько других факторов. К ним относятся чистота, вязкость и циркуляция раствора. Выращиванию кристаллов, не имеющих трещин, способствуют высокая чистота растворенного вещества и растворителя, низкая вязкость раствора и достаточно сильное размешивание раствора, устраняющее градиенты концентрации вокруг кристалла. Следует избегать растворов, имеющих большую вязкость, так как она препятствует равномерной циркуляции растворенного вещества к граням растущего кристалла. Более сильная зависимость роста от скорости диффузии растворенного вещества через массу раствора, чем от скорости, с которой молекулы осаждаются на ступени кристаллической поверхности (как говорилось в предыдущем разделе), легче приводит к аномальным явлениям, например к разветвлениям и образованию волокон (дендритный рост) и к включениям растворителя. [c.206]

Развитие радиальной симметрии заверщенного сферолита проходит через начальную стадию образования и роста других геометрических форм. Это наблюдалось при изучении сферолитов из мономерных веществ [83, 84] и неудивительно, что аналогичные механизмы обнаружены и для полимеров. Вначале возникают фибриллярные или иглоподобные кристаллы, которые затем удлиняются, разветвляясь или расходясь в виде веера по аналогии с дендритным ростом. Сферическая форма развивается постепенно образованию ее предшествует появление листков , которые можно наблюдать в электронном микроскопе. Предположение о регулярности ответвлений приводит к заключению, что должны возникать хорошо очерченные сферические образования, завершающие достаточно большую последовательность ступеней роста [97]. Кроме того, если взаимные направления ответвления для всех кристаллитов вполне определенны, то в сферолите развивается также вполне определенный кристаллографический порядок. Само ответвление носит некристаллографический характер и должно зависеть от свойств поверхностей раздела кристаллитов. [c.317]

Дендритный рост полупроводниковых кристаллов германия из сильно переохлажденных расплавов удается регулировать путем быстрого вытягивания затравки из расплава. При этом вырастают тонкие ленты, поверхностью которых служит плоскость (111), а осью — направление роста <<211>. [c.365]

Очевидно, основной стадией процесса размножения в этом случав является первоначальный акт образования поликристаллического агрегата. Механизм формирования поликристалла совершенно не ясен. Можно думать, что этот процесс происходит одним из двух способов. Либо первоначальный кристалл обладает способностью вызывать образование других, совершенно самостоятельных кристаллов на контакте со своей поверхностью, либо, возможно, сначала происходит своего рода дендритный рост кристалла, во время которого усиливающиеся деформации могут привести к существенной разориентации между растущими частями кристалла. [c.107]

Согласно формуле (5.10), допустимая скорость роста максимальна при градиенте йТ/йх) приближающемся к О (при отрицательном градиенте ( Г/ х) жидкость может переохлаждаться, что приведет к быстрому продвижению межфазной границы и дендритному росту). Таким образом, [c.202]

В некоторых случаях требуется специально выращивать кристаллы, морфология которых характеризуется удлиненными и ветвистыми выступами. Такие кристаллы обычно называются дендритами. В разд. 3.11—3.14 уже отмечалось, что дендритный рост возможен в условиях высокого концентрационного переохлаждения. Как правило, всякий раз, когда температура перед фронтом кристаллизации значительно ниже равновесной температуры, вероятен рост дендритов. Это может объясняться следующими причинами [c.238]

На фиг. 5.26, й показано распределение температуры при нормальном росте, а на фиг. 5.26,6 — распределение, когда образуются дендриты по описанному механизму. На фиг. 5.26, а переохлаждение перед межфазной границей незначительно на фиг. 5.26, б оно выше и соответственно этому боковые отростки в области межфазной границы могут расти легче, чем прилегающие к ней участки. В результате такие отростки, обусловленные ступенями роста, гранями, краевыми участками ячеек при ячеистом росте и т. д., быстро врастают в расплав. Дендритный рост возможен не только для металлов и при равновесии жидкость— кристалл, но встречается при любых обстоятельствах, когда выполняется условие 1 или 2. Для полноты картины на фиг. 5.26, в [c.238]

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]

При больших значениях и F и та, и другая субструктуры переходят либо в дендритную, либо в зерна эвтектики. Граница этого перехода несколько размыта, поскольку ячеистая струк-, тура перерождается в дендритную через ячеисто-дендритную (см. рис. П1.26). Отметим, что при У<2,1 см/ч дендритный рост не наблюдается при изменении средней концентрации примеси в расплаве вплоть до эвтектической. [c.101]

Чтобы найти зависимость между скоростью дендритного роста V в плоскости, нормальной к оси роста, и плотностью тока i, необходимо предположить, что осаждаемые атомы не мигрируют на значительные расстояния от участков, на которых они осаждаются. Тогда [c.353]

Предложенная Бартоном и Бокрисом модель дендритного роста, равно как и уравнения, соответствующие этой модели, являются довольно грубым приближением попытки более точного описания картины роста наталкиваются на трудности, связанные с описанием геометрии твердого тела. Наоборот, рассмотрение этого вопроса с точки зрения перенапряжения и зависимости составных частей общего перенапряжения от формы растущей поверхности, а также привлечение независимых данных может явиться в первое время путем использования электродной кинетики для понимания механизма электрохимического роста кристаллов. [c.358]

Для некоторых целей, например для наблюдения за дендритным ростом в расплавленных солях, необходимо обеспечить циркуляционную конвекцию, для того чтобы температурный перепад от нижней части ячейки к верхней был незначительным. Конвекция над жидкостью может быть сведена к минимуму благодаря использованию насадки из стеклянной ваты. Сферические основания электродов с радиусом 10 см могут быть легко получены с помощью анодного растворения при наблюдении в бинокулярный микроскоп [104] (рис. 69). [c.379]

Менее сильно изменяет форму кристалла температура кристаллизации ее влияние заключается в упрощении формы кристалла из-за ускорения испарения растворителя и увеличения скорости кристаллизации. При изменении температуры возрастает влияние примесей на форму кристалла, изменяется также вязкость раствора, что приводит к почти полному прекращению конвекционных токов. В результате рост происходит только за счет диффузии вещества растущая поверхность кристалла накапливает теплоту, выделяющуюся при кристаллизации и не имеющую выхода, рост продолжается преимущественно по вершинам и ребрам — образуются дендриты. Дендритный рост характерен также для кристаллизации в капле раствора, которая постоянно испаряется, переводя раствор в лабильное состояние. [c.25]

Как указывалось выше, при затвердевании чистых веществ возможны две структуры плоская и дендритная. Точно такие же формы роста встречаются и при кристаллизации многокомпонентных расплавов. Плоский фронт наблюдается в тех случаях, когда при положительном градиенте температур в жидкой фазе отсутствует концентрационное переохлаждение. Дендритный рост возможен как лри положительном, так и при отрицательном температурном градиенте. Кроме того, в первом случае возможен еще так называемый ячеистый рост кристаллов, возникающий при определенной величине концентрационного переохлаждения. [c.233]

Необходимыми компонентами электролитов свинцевания на основе простых и комплексных солей являются добавки органических веществ. В отсутствие коллоидов и поверхностно-активных веществ свинцовые покрытия осаждаются в виде некомпактных дендритных отложений или, в лучшем случае, имеют грубокристаллическую структуру. Склонность к дендритному росту и формированию грубокристаллической структуры возрастает с увеличением толщины покрытия. Для получения доброкачественных свинцовых покрытий, особенно из растворов простых солей, необходимо, как правило, присутствие композиции добавок. Наибольшее влияние па процесс электроосажде- [c.296]

Источником материала для роста кристаллов железа служит мелкодисперсное железо, образующееся при распаде комплексов. При его недостатке разрастаются только активные участки кристалла, т. е. его ребра и вершины. Более сложные формы роста кристаллов железа — сростки (см. рис. 19, г) и ден-дриты. Наблюдается концентрация этих форм включений в поздних генерациях слюды, образовавшихся из остаточного расплава. Дендритный рост обусловлен наличием градиента концентрационного пересыщения и происходит в направлении <111>, что характерно для металлов с объемно-центрированной кристаллической решеткой. С дендритами железа сокристаллизуются остаточные силикатные и фторидные фазы лейцит, норбергит, хондродит, селлаит. [c.49]

О дендритном росте. До появления теории концентрационного переохлаждения считалось, что дендритный рост кристалла обусловлен переохлаждением расплава. Нет оснований сомневаться в этом и сейчас. А коли так, то линию проявления концентрационного переохлалсдения надо отождествлять с линией возникновения не ячеистой структуры, а дендритной. Однако здесь мы сталкиваемся с затруднениями, так как линия возникновения дендритной структуры на диаграмме V — Сь не совпадает с линией Сточек (см. рис. III. 26). Чем объяснить это несоответствие В настоящее время па этот вопрос ответить невозможно, поскольку нужны дополнительные экспериментальные исследования. [c.128]

ТРАНСКРИСТАЛЛИЗАЦИЯ (от лат. 1гап8 — через) — кристаллизация. Сопровождающаяся прорастанием столбчатых кристаллов через объем затвердевающего расплава. Впервые описана (1879) рус. металлургом Д. К. Черновым. Способствует образованию столбчатой структуры (столбчатой зоны, или зоны Т.). Зона Т. расположена за корковой зоной — зоной мелких беспорядочно ориентированных кристаллов, образовавшихся у стенки литейной формы. В процессе разрастания этих кристаллов в Т. участвуют лишь те из них, к-рые благоприятно ориентированы по отношению к направлению отвода тенла. В таких кристаллах направлепия преимущественного (дендритного) роста (кристаллографические направления <100) для гранецентрированных и объемно-центрировапных кубических структур и <1010) для гексагональной плотной упаковки) перпендикулярны к стенкам литейной формы. Вследствие такого конкурентного роста толщина столбчатых кристаллов обычно в 5 —10 раз больше размеров кристаллов корковой зоны. Т. происходит, если в затвердевающем расплаве не наблюдается значительного переохлаждения (как концентрационного, возникающего при кристаллизации расплава с растворимой примесью. [c.584]

Рис. 93. Поверхности раздела кристалла, выращиваемого из расплава а — салол с большими плоскими гранями 6 — четырехбромистый углерод (ячеистый рост) — циклогексанол (дендритный рост). (Ja kson К. А., A ta Met., 13, 1212, 1965.).

Особенно остро проблема концентрационного переохлаждз-ния встает в том случае, когда растущая поверхность (или плоскости, которыми она огранена) по ориентации сильно отличается от граней, возникающих в почти равновесных условиях. В подобном случае форма фронта роста легко изменяется и на нем возникают выступы (см. ниже), ограненные поверхностями равновесных форм (или по крайней мере гранями с меньшей удельной поверхностной энергией). При этом гребни выступов будут находиться в зоне больших переохлаждений (пересыщений), чем углубления между ними. Поэтому скорость роста выступов будет выше, что и вызывает самопроизвольный дендритный рост. [c.128]

Окись цинка. Простой метод выращивания кристаллов ZnO — кристаллизация из газовой фазы, но таким методом обычно получают лишь небольшие вытянутые по оси с иголки или ориентированные по оси а пластинки. Контролируемый же рост больших кристаллов осуществить трудно. При выращивании из раствора в расплаве получают тонкие пластинки, ограненные плоскостями (0001) — (0001). Самые большие кристаллы ZnO были получены гидротермальным методом [50, 60]. Была определена диаграмма состояния ZnO — Н2О и показано, что она не меняется в присутствии ионов (0Н) [51]. Исследована растворимость ZnO в растворах с различными минерализаторами [61] и из растворов NaOH, КОН и NH4 I выращены кристаллы ZnO. Наиболее совершенные кристаллы получены в растворах КОН [62]. Присутствие ионов Li+ подавляет дендритный рост на гранях (0001)—(0001). Очевидно, катион адсорбируется на гранях (0001) и (ОООГ), уменьшая их удельную свободную поверхностную энергию таким образом, что на диаграмме Вульфа в направлениях (0001) и (0001) появляются выступы, а не впадины, присутствующие, когда нет ионов Li+ [63]. Кристаллы ZnO обычно растут с избытком Zn в междоузлиях и [c.310]

Здесь Сг, как и прежде, есть плотность диффундирующего вещества в выделяющейся фазе. Как показал проведенный Хэмом [70] анализ, эллипсоидальный фронт кристаллизации перемещается пропорционально (то же самое верно и для сферического, цилиндрического и плоского фронтов, координатные системы для которых представляют собой частные случаи эллиптической системы координат). Надо заметить еще и то, что решением задачи служит эллипсоид с любым отношением полуосей о и O. Таким образом, если рост лимитируется диффузией, то при одной и той же концентрации исходного раствора сохраняется форма любых эллипсоидальных частиц. К этому выводу мы еще вернемся при изучении дендритного роста. Частный случай кристаллизации эллипсоида — рост эллипсоида вращения (сфероида) рассмотрели Хорвей и Кан [73], а также Иванцов [74]. [c.393]

Влияние различия плотностей фаз на дендритный рост. Хорвей [84] показал, что различие плотностей твердой и жидкой фаз слабо влияет на рост параболоидального дендрита. Дело [c.405]

Многие работы посвящены наблюдению дендритного роста, существование которого качественно подтверждает идею морфологической неустойчивости. Из этих работ следует упомянуть классическую работу Папапетру [75], прекрасные фотографии снежинок, сделанные Накайей [5], работы Мейсона, также исследовавшего лед [246, 247], обзор Тиллера [248] и монографии Чалмерса [80] и Саратовкина [249]. [c.495]

Уравнением (138) можно воспользоваться для непосредственной проверки модели дендритного роста, ибо все параметры известны, хотя с различной степенью точности (с наименьшей точностью для у). Сравнение теоретической и экспериментальной скоростей приводится на рис. 48. Подсчитанные и наблюдаемые радиусы торцов также близки и различаются не более чем в 2 или 3 раза. Важным качеством данной модели является то, что она объясняет существование критического потенциала (ниже которого дендриты не растут), а также наблюдаемое постоянство формы торца во времени. Если теоретически подсчитанную величину Горг нанести на график как функцию потенциала, то можно видеть, что при переходе к малым т] (т]-V 0) происходит относительно резкое возрастание Горг- [c.355]

Некоторое представление о постоянстве формы торца во время роста можно получить из рассмотрения теоретических кривых (рис. 49), характеризующих зависимость скорости дендритного роста от радиуса торца. Из этого рисунка следует, что при любой данной скорости роста при постоянном потенциале возможно образование двух типов дендритов с радиусами торцов, больших и меньших Гор1- При этом можно ожидать, что дендриты первой категории будут заостряться с ростом, поскольку в этом случае уменьшение г сопровождается увеличением скорости роста (рис. 49). В случае дендритов второй категории наиболее быстрое осаждение происходит не на самом торце, а в точке вблизи торца, где г имеет размеры, близкие к Гор - В результате этого площадь вблизи торца будет заостряться до тех пор, пока не будет достигнут Гор1. [c.356]

Большинство металлов кристаллизуется таким образом, но закристаллизовавшийся материал внешне мало похож на дендрит. Хорошим примером дендритного роста могут служить снежные кристаллы (снежинки), а намерзание льда на оконные стекла часто позволяет воочию наблюдать это явление, происходящее в двух измерениях (в плоскости). Рост дендрита совсем нетрудно наблюдать под микроскопом, если внести затравку в каплю насыщенного раствора, помещенную на предметное стекло. [c.36]

Последнее обстоятельство важно потому, что взаимная ориентация веществ может быть определена микроскопически лищь при наличии хорощей огранки кристаллов осадка. Поэтому при изучении кристаллизации из раствора на анизотропной подложке следует избегать образования сплошной корки осадка, а также дендритного роста. [c.20]

Одним из процессов, приводящих к нарушению монотонного распределения примеси вдоль слитка, является его ячеистый и дендритный рост, обусловленный явлением концентрационного переохлаждения, которое было обнаружено в 1953 г. Г. П. Иванцовым, а также Руттером и Чалмерсом. Обычно это явление объясняют уменьшением температуры затвердевания расплава по мере увеличения в нем относительного содержания примеси с /с < 1. При этом часть расплава, примыкающая к фронту кристаллизации, оказывается в переохлажденном состоянии (заштрихованная область на рис. 10), причем максимальное переохлаждение наблюдается на некотором расстоянии от границы раздела фаз. Плоская поверхность растущего слитка теряет устойчивость, на ней образуется множество бугорков, которые превращаются в выступы, быстро продвигающиеся в область более высокого переохлаждения. Когда участки роста отдельных выступов перекрываются, они образуют на поверхности энергетически более выгодную ячеистую структуру. При [c.32]

Существует также точка зрения [7, с. 94], согласно которой концен-тращюнное переохлаждение объясняется не снижением температуры затвердевания расплава из-за повышенного относительного содержания примеси у фронта кристаллизации, а присутствием примесных частиц перед растущим кристаллом, которое вызывает отставание одних участков растущей поверхности от соседних. В результате стремления системы к снижению свободной энергии происходит ячеистый и дендритный рост слитка, который захватывает примеси, открывая себе возможность для дальнейшего более свободного роста . Изложенная модель позволяет объяснить возникновение концентрационного переохлаждения под влиянием инородных частиц. [c.33]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология