АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция

Гидротермальный синтез кристаллов с использованием перехода температуры

Читайте также:
  1. II. Методы непрямого остеосинтеза.
  2. IV. Современные методы синтеза неорганических материалов с заданной структурой
  3. YIII.5.1.Анализ и синтез
  4. А) Закон диалектического синтеза
  5. Алгоритм синтеза автомата Мура
  6. Анализ и синтез
  7. Анализ и синтез систем управления с помощью математических теорий
  8. Анализ и синтез схем
  9. Аналіз та синтез моделей систем
  10. Антиполия-противоречие в в законе. Противоречие разрешаясь делает чего то возможным. Отрицание-отрицания ( разрешение противоречия (синтез))
  11. Б) Закон перехода количества в качество
  12. Бактериальный фотосинтез. Отличия бактериального фотосинтеза от фотосинтеза растений

Рисунок 34. Схема выращивания кристаллов кварца гидротермальным методом.

а – конструкция автоклава с системой управления для выращивания синтетического кварца. б – действие диафрагмы на распределение температуры.

 

Промышленный гидротермальный синтез в среднегабаритных удлиненных да 5…8 м автоклавах 1 (рисунок 34, а) объемом Va=1,0…1,5 м3 и отечественных крупногабаритных автоклавах диаметром 1,0…1,5 м и длиной до 6 м, изготовленных из легированной стали. В нижней зоне растворения 2 в металлических контейнерах помещается шихта 3 – небольшие куски природного кристаллического или жильного кварца размером 6…40 мм. Автоклав заполняется до определённого объема VD=(0,7…0,85) Va слабым раствором 4 карбоната натрия (Na2CO3) или его гидрооксид (NaOH) с присадками (LiNO3, Li2CO3 или др.). В верхней зоне кристаллизации 5, отдельный от зоны растворения диафрагмой с отверстиями 6, устанавливается металлическая рамка 7 с затравками 8. При двустороннем росте затравки располагаются вертикально, при одностороннем – горизонтально и закрываются при этом сверху металлическим экраном. Автоклав герметично закрывается крышкой 9 с затвором 10 различной конструкцией и нагревается с помощью нагревателей 11 и 12 в вертикальной двухзонной печи 13.

Крупногабаритные автоклавы устанавливаются в шахтах с расположением нагревателей внутри автоклава. При нагревании раствора до рабочих температур 350... 400°С уровень раствора повышается, рабочий объем автоклава полностью заполняется плотность раствора при этом уменьшается в Vа/VD раз и в заплотность раствора ρ при этом уменьшается в Vр Vа возникает давление p = 50... 100 МПа, контролируемое датчиком 14. Темпе­ратура в зоне кристаллизации Tподдерживается ниже температу­ры в зоне растворения Tр на 20...40°С и контролируется термопа­рами 15 и 16. Растворимость кварца в щелочном растворе увели­чивается с повышением температуры Tр не менее чем до 2... 5%, и кварц в нижней зоне растворяется до насыщения. Благодаря конвекционным потокам насыщенный раствор переносится в зону кристаллизации, где он оказывается пересыщенным. Это приводит к осаждению растворенного вещества на затравках. С данного мо­мента начинается рост кристалла на затравках, которые до этого сами травились в растворителе. Отмечается роль диаф­рагмы всоздании перепада температур между зонами растворе­ния и кристаллизации ΔT = T рТ, обеспечении изотермичности каждой зоны (рисунок 34, б), формировании конвекционных потоков и скорости роста кристаллов и уменьшении неравномерности роста кристаллов верхнего и нижнего ярусов рамки. В процессе роста размер кристалла можно контролировать, измеряя его массу.

Автоклав заполняется исходной шихтой из мельченного поликристаллического природного кварца. До определенного уровня автоклав заполняется растворителем на 80%, который представляет собой водно-щелочной или водно-содовый раствор. Затем в автоклав помещается рамка с затравочными кристаллами. Рамка представляет собой металлический каркас, состоящий из ярусов. Затем автоклав закрывают, при этом используют надежные затворы.

Раствор с помощью нагревателей нагревают в данной части до 400°С, в верхней части до 360°С. При этом создается давление Р=(800…1000)*105Па. В автоклаве, в нижней части, более нагретой, происходит растворение кварца насыщения.

Растворимыми называют такие системы, в которых одно вещество равномерно распределено в системе другого. В общем случае этот термин может относиться к любому агрегатному состоянию системы. Сюда входят смеси газов, жидкие растворы и твердые растворы или смешанные кристаллы.

Благодаря конвекционным потокам (температурному градиенту DТ и перфорированной решетке). Температура переносится в верхнюю часть.

Если в нижней зоне раствор был насыщенным, то верхние части раствор оказывается перенасыщенным, так как температура на 40°С меньше, происходит осаждение растворенного вещества на затравках. (Скорость роста кристалла зависит от направления кристаллографических осей).

Скорость роста кристалла анизотропная, как и растворение, их наибольшие значения совпадают, то есть чем быстрее растворяется, тем быстрее растет.

Поскольку скорость растворения кристалла вдоль оптической оси больше, то скорость роста вдоль этой оси наибольшая.

Различают односторонний и двусторонний рост, когда кристалл растет на затравках. Экран металлической фольги, искусственный кристалл кварца, выращенные по этой технологии могут служить сырьем для получения высокочистого кварцевого стекла.

Этим методом выращивают кристаллы сапфира(Al2O3), рубина, слюды, гранатов, изумруда, топаза, кварца.

У кристаллов, которым характерна анизотропия роста, наблюдается их склонность к самоогранке. Если Vz>VR,r>Vy, кристалл кварца самоограняемый в соответствии с законом Гиббса.

Первое положение этого закона гласит: кристалл, находящийся в равновесии со своим раствором должен иметь форму, которой отвечает тип его суммарной поверхности при постоянном объеме.

Sa i S i=min при V=const

i-направление или грань

ni=a i; n-скорость роста; a- поверхностная энергия.

Так как скорость роста прямо пропорциональна поверхностной энергии растущей грани, то быстро растущие грани вырождаются, чтобы площадь поверхности этой грани была минимальной.

S i = min(0)

R - большой ромбоэдр;

C - малый ромбоэдр.

Качество выращенного кристалла находится в прямой зависимости от качества затравки. Все виды дефектов затравки примеси, дислокации переходят в растущие кристаллы, как правило, затравки делают из высоко качественного природного кварца. А если его нет, то затравку делают из искусственного кварца в тех же автоклавах.

 


1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 | 22 |

Поиск по сайту:



Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Студалл.Орг (0.004 сек.)