Получение монокристаллов из раствора
Кристаллизацией из раствора получают более чистые и совершенные по структуре монокристаллы, так как процесс происходит при более низких температурах, чем кристаллизация из расплавов. Раствор – гомогенная (однородная) смесь, образованная двумя и более компонентами, один из которых растворитель, другой – растворимое вещество. Компоненты распределены в виде молекул, атомов или ионов. Растворители – вода, многокомпонентные водные и неводные растворы, расплавы химических соединений. Процесс роста состоит из следующих стадий: 1) растворение компонентов; 2) диффузия компонентов через жидкую фазу к фронту кристаллизации; 3) осаждение и диффузия в кристалле; 4) отвод теплоты кристаллизации. При выращивании кристаллов из расплава лимитирующей стадией является отвод теплоты, при выращивании из раствора – диффузия компонентов. Вследствие этого скорость роста кристаллов из раствора на 2–3 порядка меньше скорости роста из расплавов. В зависимости от температуры процесса и химической природы растворителя различают процессы выращивания из низкотемпературных растворов (температуры не выше 80–90 °С), перегретых растворов (гидротермальный метод, температуры до 800 °С), солевых расплавов (кристаллизация из раствора в расплаве, температуры до 1500 °С). Низкотемпературный кристаллизатор (см. рис. 2.12). Растворители – вода, спирты, кислоты и др. Необходимое для начала кристаллизации пересыщение раствора достигается при постепенном понижении температуры в объеме кристаллизатора, либо при создании в кристаллизаторе двух зон с различными температурами. Методом снижения температуры раствора выращивают кристаллы сегнетовой соли, квасцов и т. д. В методе температурного перепада в кристаллизаторе создают две области с разными температурами. В нижней части высокого сосуда происходит растворение твердого вещества, в верхней подвешивается затравка. В результате конвекции раствора обеспечивается постоянный перенос вещества снизу вверх, в зону роста. Этим методом выращивают кристаллы дигидрофосфатов калия и
Гидротермальное выращивание (рис. 2.14) применяется, когда растворимость вещества в водной среде при комнатной температуре и нормальном давлении мала, либо имеется несколько полиморфных модификаций. Сущность, как и в методе температурного перепада, заключается в непрерывном переносе растворенного вещества конвекционными потоками, которые образуются в растворе вследствие наличия градиента температуры. Пересыщение создается за счет высокого давления и перепада температур между верхней и нижней частями автоклава. В верхней части автоклава образуется кристалл. Скорость выращивания – от долей мм до нескольких мм в сутки. Кристаллы имеют высокое качество и кристаллографическую огранку, так как растут в условиях, близких к равновесным. Гидротермальный синтез – основной процесс производства монокристаллов кварца, рубина, кальцита, некоторых полупроводников. Например, кристаллы сфалерита ZnS невозможно получить из расплава: при 1080 °С происходит полиморфное превращение в гексагональную модификацию – вюрцит. В гидротермальных условиях рост сфалерита происходит при более низкой (300–500 °С) температуре, т. е. в области устойчивой кубической модификации.
Кристаллизация на затравку – затравочный кристалл находится в растворе и частично растворяется. Пересыщение раствора создается вблизи кристалла. Рост происходит при снижении температуры раствора. Равномерная подача вещества достигается вращением кристалла. Зонная раствор-расплавная кристаллизация аналогична зонной плавке и заключается в том, что благодаря температурному градиенту происходит перемещение узкой зоны раствора вдоль образца.
Воспользуйтесь поиском по сайту: ![]() ©2015 - 2025 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...
|