Кристаллизационные процессы очистки

Кристаллизационные методы основаны на различии растворимости и диффузии примеси в жид. и тв. фазах. Применяются на конечной стадии ТП и кроме очистки от примесей достигается совершенство кристаллизационной структуры (физ. чистота).

В области малых концентраций примеси диаграмму можно упростить, т.к. в углу диаграммы возле т. плавления чистого компонента различие между разными типами диаграмм пропадает. В итоге остаются 2 отрезка касательное к линиям ликвидуса и солидуса в т. плавления. Они направляются в низ, если примесь уменьшается T_пл и вверх – если увеличивается.

Рисунок 1.

К рис 1: Т.1 – исходное состояние системы с (С_О; Т_О).

При охлаждении Т.1 происходит вертикальную траекторию, которая описывает последовательные состояния системы.

Т.2 – соответствует Т начальному кристаллизации тв. Раствора, при этом образуется ТВ фаза С_2тв.

При дальнейшем уменьшении Т состояние системы характеризуется 2-я т. для тв. И жид. фаз.

Т.3 - имеет состав тв. фазы С_3тв и жидкой С_3ж.

В Т.4 жид. фаза исчезает. система однофазна, а состав ты. Фазы должен совпадать с С_О.

При дальнейшем уменьшении Т состав тв. фазы не меняется.

Закристаллизовавшейся слиток должен иметь состав = исходному. Чтобы система в любой момент времени находилась в равновесии, Т меняется от бесконечности медленно – квазистатический процесс.

В реальной системе равновесие устанавливается по средствам диффузии компонентов тв. и жид. фаз. Коэффициент диффузии (Д) в жид. больше чем в тв. фазе.

Следовательно, скорость устанавливает равновесие в расплаве намного больше, чем в кристалле. Кроме этого на границе раздела проходит процесс установления равновесия.

В реальных условиях диффузия в кристалле идет так медленно, что после уменьшении Т и кристаллизации тв. фаза остается в неравновесном состоянии.

Рассмотрим кристалл. состав 1 в реальных условиях. При уменьшении Т до Т₂ возникает тв. фаза С_2тв., которая более богата основным А, чем жид. фаза. В следствии этого фигуративная Т.2 сдвинется вправо и получается т.5 - это т. характеризует фигуративную точку.

Т _{кристаллиации} Т₂ выше чем Т _{кристаллиации} т.5.

При уменьшении Т т.5. достигнет ликвидуса и твердая фаза будет иметь состав более богатый компонентом В по сравнению со слоем, который закрывается ранее. При его кристаллизации фигуративная точка опять сдвинется вправо и будет кристаллизоваться все при низкой Т, т.е. по мере роста кристалла новые нарастающие слои будут все больше обогащаться компонентом В.

Процесс кристаллизации в реальных условиях показывает, что тв. фаза кристаллизуется неоднородно по своему составу. Следовательно, кристалл галлия тв. раствор – сегрегация. Нарушение состава – сегрегационными.

2 причины, приводящие к неоднородности кристалла:

1. разница в составе твердой и жидкой фаз, находящийся в равновесии.

2. замедленность процессов выращивания в тв. фазе, т.е. диффузия.

Поиск по сайту: