Cтраница 1
Выращивание металлических монокристаллов может быть проведено многими различными методами. Для медленного затвердевания соответствующих расплавов Тамман и Бриджмен [12, 13] предложили весьма целесообразно сконструированные приборы. Наполненную расплавом трубку равномерно и медленно, например при помощи часового механизма, опускают через поставленную вертикально электрическую трубчатую печь. Чтобы добиться начала процесса кристаллизации в определенном месте и только от одного центра, нижний конец трубки изготовляют в виде капилляра. [1]
Обычно все методы выращивания металлических монокристаллов делят на три группы в соответствии с исходным агрегатным состоянием металла. К первой группе относят так называемые рекристаллизационные методы, в которых монокристаллы выращиваются из полпкристаллическпх образцов без расплавления ( в твердом состоянии), путем определенным образом проводимой механической и термической обработки. [2]
Известны четыре основных метода выращивания металлических монокристаллов: кристаллизация из расплава в вакууме, электроосаждение, конденсация и разложение в парах, метод деформаций и отжига. [3]
Наибольшее число методов, практически применяемых для выращивания металлических монокристаллов, принадлежит ко второй группе - выращиванию из расплава. [4]
Если опыт проводится так же, как и с органическими моделями, то в случае систематического образования неорганических больших монокристаллов весьма полезно знать основные принципы, развитые Тамма-ном и Наккеном. Процесс выращивания крупных металлических монокристаллов в большой степени следует по тому же пути; возможно, что в недалеком будущем будут достигнуты большие успехи в разрешении более трудной проблемы выращивания больших монокристаллов силикатов. [5]
Вторая стадия процесса рекристаллизации-собирательная рекристаллизация - заключается в слиянии развившихся и сомкнувшихся между собою новых неупрочненных зерен с образованием, в результате этого, более крупных зерзн. Рскристал-лизацпонные методы выращивания металлических монокристаллов применяются главным образом для тугоплавких металлон ввиду трудностей, связанных с их расплавлением. [6]
Так, при выращивании металлических монокристаллов из расплава происходит накопление примеси перед фронтом К. В местах микросегрегации такой структуры создаются напряжения, к-рые могут вызывать образование дислокаций. Образование дислокаций вызывают и твердые частицы, вросшие в кристалл из расплава, температурные градиенты, термические напряжения, развивающиеся в процессе охлаждения кристалла, и др. Дислокации могут перемещаться и перестраиваться, образуя сетки, сильноразориентированные субграницы. [7]
Данный метод основан на использовании капиллярных сил, поскольку с их помощью формируется столбик расплава на поверхности формообразователя. Метод капиллярного формообразования получил широкое распространение не только при выращивании профилированных металлических монокристаллов и полупроводников, но и при выращивании диэлектрических монокристаллов, в частности, лейкосапфира. [8]
Как известно, при охлаждении жидкого металла обычно получается тело с поликристаллической структурой. Выращивание металлического монокристалла - дело трудное, и, несмотря на многовековую историю металлургии, первые способы получения монокристаллов типичных металлов были открыты лишь в 1918 - 1920 гг. Зато это почти сразу было использовано для широкого изучения законов пластической деформации на кристаллографическом уровне. [9]
Воздействовать на интенсивность конвективных потоков можно разными способами, прежде всего, путем кристаллизации в условиях малогради-ентньгх температурных полей, при которых критерии Грасгофа и Пранд-ля незначительны. Этот способ, однако, не всегда применим, поскольку, как отмечалось выше, в большинстве случаев требуются высокоградиентные температурные поля. При выращивании металлических монокристаллов, например, для создания условий ослабленной термоконвекции, используется магнитное поле, а также невесомость, однако конвекция Марангони, определяемая температурной зависимостью поверхностного натяжения расплава, может внести существенные коррективы в процесс массопереноса. [10]
Открытие Лауэ рентгеноструктурного анализа, получившего впоследствии разнообразнейшие применения, имело своим следствием то, что реальное твердое тело стали обычно рассматривать как идеальную математическую решетку. Однако уже первые опыты Брэгга показали, что кристаллы в том виде, в каком они встречаются в природе, должны рассматриваться, скорее, как мозаичные картины, составленные из отдельных кусочков, слегка сдвинутых по отношению друг к другу. Неравномерность процесса роста, а также высокие давления, которым подвергаются природные кристаллы, изменяют их решетку в такой мере, что полная регулярность наблюдается лишь в пределах тонких слоев, толщина которых часто составляет всего несколько тысяч межатомных расстояний. После разработки методов выращивания металлических монокристаллов тонкая мозаичная структура была ясно показана, в частности, Хауссером. [11]
Вакуум используется для химической очистки расплава от растворенных газов, посторонних примесей, обладающих высокой упругостью пара, и продуктов термической диссоциации. Глубина вакуума определяется величиной упругости пара кристаллизуемого вещества в расплавленном состоянии. Наиболее часто используется вакуум порядка 5 10 - - 5 тор. С целью снижения интенсивности испарения расплава применяется нейтральная атмосфера ( гелий, аргон, азот), поскольку для этих газов разработаны достаточно эффективные способы химической очистки. Восстановительная атмосфера используется для предотвращения окислительных реакций. Например, при выращивании монокристаллов флюорита CaF2 атмосфера фтористого водорода препятствует развитию реакций гидратации с образованием частиц типа СаНСОз, а выращивание металлических монокристаллов в атмосфере водорода позволяет получать бескислородные монокристаллы. Применение окислительной атмосферы, однако, ограничено интенсивным окислением материала контейнера и элементов нагревательной системы кристаллизационной установки. Поэтому обычно используется либо вакуум, либо нейтральная атмосфера. Компенсацию кислорода осуществляют путем отжига в кислородсодержащей атмосфере при температуре ( 1 / 2 - - 1 / 3) Тш, где Тпл - температура плавления. Эту операцию называют кислородным отжигом. Эти реакции сопровождают как процессы плавления, так и кристаллизации. [12]