Дислокационный механизм - рост
Cтраница 1
 |
Схематическое изображение роста кристалла за счет винтовой дислокации. [1] |
Дислокационный механизм роста схематически представлен на рис. IV-1. При наличии дислокаций на поверхности кристалла образуются ступеньки. [2]
В общем дислокационный механизм роста кристаллов из газовой фазы сводится к спиральному присоединению атомов на ступеньке, образованной винтовой дислокацией [21, 77, 125], и в зависимости от режима осаждения позволяет получить поли - и монокристаллические осадки. Скорости химических процессов осаждения металлов в молекулярном, кинетическом или диффузионном режимах очень велики и не зависят от механизма массообмена. Характер кристаллизации и скорость роста кристаллов осаждаемого металла в основном определяется относительным перенасыщением газовой фазы. Осадки в виде высокочистых монокристаллов растут при малых степенях пересыщения газовой фазы, в то время как средние степени пересыщения обеспечивают рост массивных поликристаллов. При высоких степенях пересыщения образуются порошки посредством гомогенного зарождения в газовой фазе. [3]
В соответствии с дислокационным механизмом роста, аналогичным дислокационной ( Франка) модели роста обычных монокристаллов, на вершине кристалла есть не-зарастающая ступенька, обусловленная либо осевой винтовой дислокацией, либо краевыми ( смешанными) дислокациями при их особом расположении. Если к этой ступеньке присоединяются частицы, кристаллы растут в длину. Вещество к вершине кристалла поступает диффузионно вдоль боковой поверхности или непосредственно осаждается на эту вершину из газовой среды. Структурное состояние зависит от размера кристалла: вероятность возникновения дефектов возрастает с увеличением его толщины. В кристаллах больших размеров в процессе роста образуются дислокации, на поверхности таких кристаллов наблюдаются ступени роста и др. дефекты. Своеобразны фазовые превращения в кристаллах. Так, мартенситные превращения, протекающие в бездислокационных кристаллах кобальта, сопровождаются образованием рельефа на поверхности кристаллов и проходят в пек-ром температурном интервале. Процесс образования пластин новой фазы отличается очень высокой скоростью, между решетками двух фаз устанавливается определенное ори-ентационное соотношение. [4]
Наличие таких спиралей объясняется дислокационным механизмом роста. [5]
Однако оценка степени пересыщения жидкого раствора углеродом при температурах, когда наблюдается выделение графита, показывает [16], что вероятность образования двухмерных зародышей на базисной грани мала. Основную же роль в утолщении пластины играет, по-видимому, дислокационный механизм роста графита. [6]
По влиянию дислокаций на кристаллизацию стальных слитков имеются лишь единичные работы. Дислокационный механизм роста кристаллов в стальном слитке должен привлечь особое внимание исследователей, поскольку примесные атомы оказывают огромное влияние на образование и распределение дислокаций. [7]
Наличие единичной винтовой дислокации, определенное по углу закручивания, было обнаружено лишь в палладии и в сапфире. Отсутствие упругого закручивания кристалла не исключает действия дислокационного механизма роста. Возможно, что две или четное количество винтовых дислокаций разных знаков и одинаковой мощности находятся на равном расстоянии от оси кристалла; такая конфигурация не дает упругого закручивания. Дислокации могут также выходить из кристалла путем переползания. [8]
 |
Спиральный рост кристаллов. [9] |
Основываясь на термодинамической теории, Странский и Каишев рассмотрели молекулярно-кннетический механизм роста кристаллов для большого числа взаимодействий. Рост начинается с возникновения на грани кристалла двумерного зародыша, вокруг которого происходит последовательное присоединение частиц в виде рядов до тех пор, пока не заполнится весь слой, а далее процесс повторяется. Представления о росте совершенного ( идеального) кристалла, лежащие в основе молекулярно-кинетической теории Оранского и Каишева, дополнены Франком, предположившим дислокационный механизм роста кристаллов. В последующие годы в работах Бартона, Кабреры и Франка рассмотрен дислокационный механизм роста кристаллов с учетом процессов, происходящих на поверхности кристалла, адсорбции и диффузии. [10]
Образование дислокационных спиралей при низких пересыщениях может инициироваться микро - и макроскопическими примесями, например пылью. Джексон [23] отметил, что при обычном выращивании кристалла концентрация вакансий в нем недостаточна, чтобы инициировать зарождение дислокационных петель, петель частичных дислокаций или дискообразных скоплений вакансий. Однако при закалке кристалла от температур, близких к температурам плавления, возникает пересыщение вакансий, достаточное для зарождения дислокаций. Таким образом, если действует дислокационный механизм роста и используются незакаленные затравки, то дислокации не могут возникнуть путем агрегирования вакансий. В ряде случаев образование дислокаций инициируется растворимыми примесями. Заметим, однако, что плотность дислокаций в кристаллах, выращиваемых в тщательно контролируемых условиях, практически не зависит от концентрации в растворе растворимых примесей, в том числе при таких концентрациях последних, которые достаточны для возникновения концентрационного переохлаждения и даже ячеистой структуры ( об образовании ячеистой структуры говорится в разд. Возникновение дислокаций могут вызывать термические напряжения, но опять-таки известен рост кристаллов по дислокационному механизму даже при максимально низких температурных градиентах, так что, по-видимому, термические напряжения нельзя считать единственной причиной возникновения дислокаций. Методом исключения Джексон пришел к выводу, что в отсутствие других факторов дислокации зарождаются скорее всего на инородных частичках, например частицах пыли. Поскольку практически невозможно полностью избежать загрязнения пылью кристаллизационной среды, гомогенное зарождение при росте кристалла встречается, по-видимому, крайне редко, а в большинстве случаев преобладает гетерогенное зарождение на частицах пыли. [11]
 |
Спиральный рост кристаллов. [12] |
Основываясь на термодинамической теории, Странский и Каишев рассмотрели молекулярно-кннетический механизм роста кристаллов для большого числа взаимодействий. Рост начинается с возникновения на грани кристалла двумерного зародыша, вокруг которого происходит последовательное присоединение частиц в виде рядов до тех пор, пока не заполнится весь слой, а далее процесс повторяется. Представления о росте совершенного ( идеального) кристалла, лежащие в основе молекулярно-кинетической теории Оранского и Каишева, дополнены Франком, предположившим дислокационный механизм роста кристаллов. В последующие годы в работах Бартона, Кабреры и Франка рассмотрен дислокационный механизм роста кристаллов с учетом процессов, происходящих на поверхности кристалла, адсорбции и диффузии. [13]
Как показал Я. И. Френкель, уже в насыщенном паре в значительном количестве присутствуют комплексы, содержащие более 1000 молекул. При возрастании пересыщения растет уровень флуктуации в растворе, увеличивается его микрогетерогенность. Сильно пересыщенный раствор по строению приближается к коллоидному. С увеличением пересыщения роль этого механизма должна увеличиваться. Вблизи лабильной области описываемый механизм может стать господствующим. КО й скорость роста кристаллов КС1 из водных растворов при высоких пересыщениях подчиняются одному закону. Отсюда они сделали вывод, что рост кристаллов КС1 идет за счет присоединения ассоциатов. Баларевым [1964], Л. Н. Матусевичем [1968] и др. Однако доказательства существования такого механизма упираются в те же трудности, что и в случае двумерного зародышеобразования. По кривой зависимости скорости роста от пересыщения делать выводы о механизме роста невозможно даже в случае чистых растворов. Существование температурных аномалий скоростей роста ( § 1.2) приводит к тому, что при явно дислокационном механизме роста в разных температурных интервалах можно получить зависимости, отвечающие каким угодно теориям роста. Еще больше дело осложняют примеси, всегда в том или ином количестве присутствующие в растворе. [14]
Страницы: 1