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
- 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- |