Файл: Аммер, С. А. Нитевидные кристаллы (получение, механизмы и кинетика роста) учеб. пособие.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 19.10.2024

Просмотров: 85

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

- 88 -

Наиболее хорошие результаты были подучены при добавлении к шихте сульфата натрия, Введение его в количестве 12-15# (таблица 13) приводит к увеличение более, чей в 100 раз (по сравнение о использование»! чистого алюминия), количества НК длиной до 20 ми и примерно одинаковых поперечных размеров

~ 10-13 ыкм. Наряду о НК на стенках лодочки и реакционной трубки образуется больное количество пуха ив тонких ( О.Зыкы)

нитей, которые при выдерииах-«1,3-2 час образуют своеобраз­ ную шапку над лодочной (рио.11), Выход Н£ достигает 90% от

веоа Походной шихты, более чем в 10 раз сокращается время их ростаj

Хорошие результаты дает введение в шихту буры. При со-

двршаыши ее весовой выход Ш составлял 10-15% (таблица 13).

Введение оульфатов калия и лития, гидросульфата калия таксе способствовало формированию совершенных усов, но в меньшем количестве. Не степени активности влияния на рост НК указан­

ные вемеотва иовво расположить в следующий ряд

>Ыа^Ог>£«50, >сйьйо, >сии\ >и so,

Ш я яолмкриоталлн характерным образом располокились по попе­ речному сечеясо реакционной зоны (рио .П б ). НК растут на верхмая частях стен и лодочки в области 3, подикристаллы в обдал** 2 над в и т а я I . В области 4 растет пух. При уменьше­ ния количества яоходноя шихты указанные области омецаются вниз а» уем яо-ярвхыему раотут отдельно от поликристаллов [331] .

Во яоей видимости, вто связано с различный пересыщением газовой оредн, требуемым для зарохдения поликристаллов и НК,

млв с рмлачяем иехаивзмоя ях образования.

- 89 -

 

 

 

 

Таблица 13-

 

Влияние примесей на рост НН

 

 

 

 

 

 

т

Скорость

Выход1НН

Приме­

Природа и

Т°0

Средняя Диаметр

количество

длина

НК,

роста,

%вес

чание

принеси,%

 

НК,

икн

uku/ ыии

 

 

вес

 

нкы

 

 

 

 

 

1200-1450 1-5

 

10

1200

I

4

 

1300

2-3

6

 

I40C

5-9

10

 

то

8-12

10

15# Ж Д

1300

1-2

6-15

 

woo

2-6

10-20

 

1450

5-8

15-30

эо # Ж Д

1200-1450

 

 

5

1200-1450

1-3

2-0

10-15% 1200

1-2

5-9

/*<Д 0,

1300

3-5

8-13

 

 

1400

5-7

10-15

 

1450

8-11

15-20

20-30%

1200-1450

 

 

/УаДО,

 

 

 

80-90

80-90

10-15

 

Растут лишь

 

отдельные

 

НК

 

Перед рос­

 

том аля ми-

|

иий собир.

в капель-

|

ни.Хорошо

 

воопроиа-

1иод,.обильШй рост

спраимущот,

! в д й .й |ь j Роста НК

?»е наблю­ дается

Рост Про-

ййХ.ОДИТ

к*0Табидь-

«в, ДК

0dpae. мало.

Рост хо­ рошо воопроиэвед,

НН содер, л'1% крем­

ния .

< 6,01#

натрий, бора И ме­ лева,

ИК не рас­ тут обил-

S M :

норуйда



_ 90 _

Несомненно, что для выяснения Механизмов влияния примесей

на роот НК корунда и для псиона новых методов управления их ростом требуется дальнеяиие исследования.

Кристаллы корунда методом окисления получают и в ввакуиро-

ванных системах.

Так Барбер [31Э] сообщал о росте усов

при

испарении

алюминия в опениальной камере, состоящей из

отанана

и барели

из чистого рекриоталливованного алунда (рис.12), наг­

реваемых

токами

выоокой Частоты до

Ш С^ЭО^ череэ графитовый

дерватзль»

Вся

установка

помещалась

в кварцевую

трубку,

отка-

чайную до

 

 

в

 

В верхней

более холодной чаоти

камеры

З 'К Г 'м й pTiCT.

и отер*не росли усы.

 

 

 

 

 

В работе

[3<й] указываетоя на возможность

получения

крис­

таллов Л

п

р

и

температуре 1300°0 в вакууме

на Границе раз­

дела «виду монокриотал мчеокой пластинкой корунда и видной каплей алюминия на згой пластинке.

Кинетика роста НК корунда при окислении алюминия иооледо-

валаоь й работах pH5-390] (см .гл.П ), ШтереОно отметить, что вычисленная по кинетический кривым энергия активации процесса ИрйоТвидообразования оказалась во Всех работах примерно одина- MbeeH'-T? .

б) Вооотавявйтдльи о-о пиелительими методы

Вработах [316-321] опиоана методика выращивания НИ

А-МцОъЪ условиях высокотемпературного процесса восстановления

(живи алюминия до Газообразных окислов. Схема установки пока­ зана па риоЛЗ. Монокристаллический корундовый стержень диамет­ ром около 3 мм помещался в вольфрамовую трубчатую печь сопро­ тивления, череэ которую со скоростью ~ 1 ,5 л/мин пропускался


_ 91 _

 

 

РииД2

 

Gxeua установки м* иирапивамия НЛ

[ЭИ] .

I )

кварцевые

трубки; 2) графи* 01*м*

и&грааателд*

3)

адундовие

ставай и т а р е * ; О аауадоац# етарвевь \

5)

индуктор.

 

 

Рис.13

Кристаллизационная манера для внрнщившшя ЙН корунда [3is]

I) волфраковнй Hfti’peHafewj 8) кварцевое окно; 3) оллаидайин# ко»Нi *0 корундовый отераань.

- 93

водород с точкой росы -70°С. Температура стержня поддержива­ лась равной 1900-2000°С. Образование НК наблюдалось на более

холодных

частях стержня ('^1600-1730°С)на расстоянии I

см

от края

печи. Перед зоной роста НК происходило осаждение

тон-

кодисперсиого порошка окиси алюминия, а за ней формировались

обычные трехмерные кристаллы. Рост ПК происходил неравномерно:

при достижении длины ~1 мм осевой рост усов замедлялся и далее

они утолщались. Это связано, очевидно, с

изменением условий

кристаллизации,

и, в частности,

с

выходом вершины

кристалла

в зону с более высоким пересыщением,

когда

становится возмож­

ным двумерное

зародышеобраэование.

Выросшие НК имели ориента­

цию

оси роста

[0001j и

форму шестигранных

призм.

 

 

 

 

Поскольку рост НК

 

происходит

из газовой фазы, можно пред­

положить, что он обусловлен протеканием следующих реакций

 

[320,3?l]

. В горячей

 

зоне

M q O j

 

, взаимодействуя с водо­

родом, дает

летучий полуокисел

 

 

по

схеме:

 

 

 

 

/ а д , „

' «

и

-

/ а д . .

л' '*°

 

 

 

<ю)

 

 

Летучие

продукты

 

№ $ 0

и

Н $ 0

 

транспортируются

из

горячей зоны в более холодную, где

процесс

(19)

протекает

в

обратном направлении с

 

образованием

<.<-m £q O $ .

Аккерман

и

Торн [Э'ЗТ.] определили парциальное

давление

/Ц 20

 

и нашли

 

его

вполне

достаточным

 

(~ 0,3

мм

р т .с т .)

для обеспечения

пе­

реноса вещества через газовую фазу.

 

 

 

 

 

 

 

Возможность протека.чия реакции

(19)

подтверждается авто­

рами

[3521

,

изучавшими

сублимацию

окиси

алюминия

в водороде.

Установлено, что в интервале температур 1бОО-2СОО°С восстанов­ ление идет с заметной скоростью, а наиболее вероятными рсакци-


-93

помимо (19), могут быть:

 

Меры* ‘- З Н о - '- ^ . г ;

'■*Ие°(п

г Мо ^

г н*°1г)

(20)

(21)

(22)

/ З Д т

*■i-k

~~

h И*°(П

В работе

[322]

получали

НК корунда в виде пластинок тол­

щиной 0,1-10 шш и длиной до 100 мкм на молибденовой подлодке при температурах 170С-1800°0 в атмосфере водорода. Подлодка помещалась в трубку из окиси алюминия и нагревалась в печи сопротивления. Рост кристаллов длился 10-15 час. Ответственной

за образование НК автора считают реакцию (19). Однако из срав­ нения условий [316] и [322] следует, что присутствие молибдена

в реакционной зоне играет не второстепенную роль. В частности,

могут образовываться окисли молибдена, которые имеют достаточ­

но низкие температуры кипения [353] и могут участвовать в тран­

спорте.

 

 

 

 

 

 

 

 

Рост

НК

 

при нагреве кристаллов корунда до

~

2000°0

наблюдался

в работах

[171,354] . Нагрев

осуществлял­

ся

в графитовой

печи

в атмосфере неочищенных газов

(аргона,

азота ) или в вакууме

Ю“*мм рт.ст.

[28,I7l] . При этом в

холодных

частях

печи

при температуре

1В00°С в инертной ат­

мосфере

и

~ 1200°С

в вакууме формировались НК в форме гекса­

гональных

призм

о ориентацией

[0001]

. ОкоростЬ роста кристал­

лов сильно зависит От температуры, увеличиваясь о ростом пос­

ледней.

Максимальная скорость роста была ~ W мм/час.

Авторы

[ Ш ]

считают, что здесь

также происходит восстановление оки­

си алюминия с образованием

летучих веществ, а в роли

восстано­

вителя

выступает углерод,

ибпаряющййой С Нагреватели

при тем-