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

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 19.10.2024

Просмотров: 92

Скачиваний: 0

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

Г7б

Для получения НК

ji>-Wn5&

использовалась смесь |М^0й

(2,5$) с флюсом, в качестве которого был выбран состав

KjOi'-jOr-WcqCV.i Or

> обладающий невысокой температурой

плавления. Растворение производилось при температуре 520°С

в специальных

ампулах.

Кристаллы

после охлаждения

извлекались

растворением

флюса в

воде. Они имели размеры до I

мм в длину

при толщине~ЮОО°А.

Поверхность их была совершенной.

Нити

МьС*

получали в системе

)ЧсО,, - S i Ojj

при давлени­

ях 1-5 атм

в

интервале

температур 250-500°С.

 

Гексатитанат

калия

С KaTit>0,j>)

в виде нитей выращи­

вают

при гидротермальном синтезе

из кислородсодержащих соеди­

нений

титана в растворах

щелочей при высоких давлениях [650,

651] . В работе [649] для

опытов

использовали смесь T iC c ,

Ti(OH)a O

и гидроокись

титана. В качестве щелочи применяли

КОН и KgOOg.

Кристаллы образовывались при температурах выше

400°С и давлениях 400-500 атм. Длина волокон не превышала 30 мкм.

При использовании Ti (ОН^О были получены нити длиной до

900 мкм, а при перемешивании шихты в процессе роста за 30 час получались клубки из нитей длиной до 20 мм. Выход кристаллов достигал 13$ от веса исходной шихты, а при введении затравочных

кристаллов он достигал 33$ за час. Таким образом, гидротер­

мальный синтез может быть весьма эффективным способом получения кристаллов нитевидной формы.

НН в гидротермальных условиях могут образовываться и в природе, например, усы галенита [703 .

ПОЛУЧЕНИЕ НК ИЗ РАСПЛАВОВ

а) В эвтектических сплавах при направленной кристаллизации

Еде в конце прошлого века было замечено, что в эвтекти­

ческих бинарных сплавах при кристаллизации в области темпера­ тур нике точки плавления эвтектики происходит разделение твердых фаз о образованием геометрически упорядоченных струк­ тур [б52,65Э] . Наиболее распространенной эвтектической мик­ роструктурой является волокнистая, когда одна из фаз при нап­ равленной кристаллизации в конкретных условиях (определяемых прежде всего составом, термодинамическими характеристиками сио

темы, скоростью охлаждения, существованием плоского фронта

!фисталлизации)

образует монокристзльине волокна такой же

формы и с

почти

такими же свойствами, что и усы, выращенные

из газовой

фазы. НК могут быть выделены растворением матрицы,

а в случае композитов получаются самоармирующиеся материалы

[57,654-658

и др *] *

 

 

К настоящему времени особенно хорошо изучено получение

указанным способом нитей

в эвтектических

сплавах

алюминия с 2,8 ат-$ никеля

[653,656,657,659-668] .

Оплав при

температуре

нике точки плавления эвтектики (640°0)

образует

две фазы

и /lEjNi

. Обратимую эвтектическую

реакцию

взаимодействия

компонентов можно при

этом записать следующим

образом:

 

 

 

 

 

Расплав

 

х ~ г tftJ-A/i.

+•

Д/,

(°8)

С 2,8* N1

)

( 0 , 02%N. )

(255? N;

)

( Г1о объему 100^ « 89?! + .11# )

- 178 -

Подобный ie образок

получают НК ■ в сплавах других

оистеи.

Так HI рутила

( T iO s ) длиной

3-6 кк и диакетрок 1-100 ики

получали из расплава

T iO a

в

буре

[669-671] и из окоига-

лоидов [356] .

Они икали квадратное

поперечное сечение и

осевые поры, проходящие вдоль всего

НК.

НК Z rO g ,

выделяли

из прииесных конокристаллов

fig О

[672,673] и из распла­

вов в буре о добавленяек

Li Qt

|669]

, В виде усов крис­

таллизуется одна из фаз в сплавах

ДО - <?МДОС

 

ЫЬ - М лО,

Wi - М ,

' Ti

 

~ T i 6 ,

Fr - F(?'a e>

CoAl-Co,

CuFe004

- Fe60H

t

йо-Йи

 

Qu - Or t

 

4n -

Xin^ibi

 

и др. [57] ,

[653-657,662,666,667,674-678] . Высокие кеханические свойства

отмечены у кристаллов Сой ОЛ

,

F«aO

в Ог-й М

; выде- ■

ленных нз матриц ори травлении

[б55] .

 

 

 

Предпринимались такие попытки получить волокнистую струк­

туру в

мвагоконпоиентных эвтектических сплавах, В ряде случа­

ев вто

привело к успеху. Так,

например,

в системе

 

ДО- S i -

авторам

(679-680] удалось выделить

нити

/ltsN,

и пластинки

S i

, которые были ориентированы в направлении

 

кристалли-

ваяни.

 

 

 

 

 

 

Представляет такие интерес выращивание НК кремния из раствора а расплаве олова, насыщенного при 900°С [681] , Рост осуществлялся путев постепенного снижения температуры распла­ ва до 650 -600^. Получались ионокрнстальвне нити с ориентаци­ ей в направлениях ОСЮ) и {Юф .

б) Другие методы кристаллизации из распл л в

Нити кремния и карбида кремния колупают о помощью капилля­ ров [682] .

- 179

Стеклянные капилляры внутренним диаметром 3-5 мм,заполняют под вакуумом расплавленным кремнием. Ватен их нагреваю* до

1865-1890°С и вытягивают до диаметра 20-80 мкм. После етого стеклянный капилляр растворяют. Если полученную нить кремния

пропустить через реакционную камеру о метаном при температу­

ре

1200-Ш 0оС,

то в результате взаимодействия о углеродом

в

газовой фазе

образуется карбид кремния. Таким способом

можно

получать нити

6 чЫ

и др.

Все большее распространение в пооледние годы получав*

метод

кристаллизации длинных

нитей

черев формообраэователь в

виде плавающей фильтры (метод £ F О ) [683,684] . Нить форми­

руется из тонкой пленки расплава, затягиваемой в капилляр,ко­ торая далее вытягивается с помощью затравки при определенной температуре и скорооти. Этим методом получали нитевидный сап­ фир [685-689] и кремний [69б] .

Оригинальный метод выращивания НК карбида кремния предло­ жен в работе Бекманна, Нельсона и др. [691,692] . Навеока кремния ~Ю 0г расплавлялась в графитовом тигле. При атом ос­ нование тигля выдерживалось яри высокой температуре (15002600°С) в течение 60-10 мин и графит частично растворялся в расплаве. Затем вдоль тигля создавался температурный градиент

~10осн"* и расплав выдерживался I 2-24 часа при 1500°С или несколько минут при 2600°С.

Рост НК jib-SiC наблюдался в мениске раоплава и у бтечок тигля по мере поступления углерода. После охлаждения НК увле­ кались путем растворения оставшегося кремния в с - -cf ЬН Г +

+Кристаллы были прозрачными, имели форму леи* или игл

длиной 5-10 им и поперечным сечением 5-5С мкм. Ориентация игл

180 -

была (Ш > , лент-(ПО) , При добавлении в раоплвв прииесей

металлов или азота цвет кристаллов пенялея от светло-желтого до «еленоватого ж. черного.

Книппенберг [405] для получения НК поииио кремния вклю­ чал в состав расплавов железо о 10# кремния, карбид бора и

низкотемпературный сплав алюминия о цинком. Графитовый тигель нагревался в аргоне токами ВЧ до 1В00-2500°С. После установ­ ления равновесной концентрации раоплава производилось охлажде­

ние. Во всех расплавах получалось небольшое количество НК кар­ бида кремния. Однако кристаллы были несовершенными. Ввиду это­

го , а также большой трудоемкости,метод не получил своего даль­ нейшего развития.

Из переохлажденного раоплава возможна ]фисталлигация мгл и дендритов германия [639] .

FOOT НК ИВ ТВЕРДОЙ ФАЗЫ .

Самопроизвольный рост НК из твердой фазы, как уже гово­ рилось, часто реализуется в природе. Этот иид роста, наблюдав­ шийся на защитных гальванических покрытиях деталей електронно*

аппаратуры и приводивший к выходу ее ив строя, собствеиио,и

послужил отправным 'оментом для более тщательного исследова­ ния некоторых свойств НК [69В] .

Рост может происходить на тонких металлических пленках покрытий [694-710,717,718] , да поверхности кристаллов металлов

[236,706,711] и сплавов [632,696,702,703,712-716,719] ■ ом о _

лов металлов [407,422,720] при нормальных или пониженных тем­ пературах. Каи правило, он наблюдается у иетал;:ов с низкой

 

 

 

181

 

 

 

 

точкой

плавления: индия

[716,721,722], олова

[695,697,699,

708,713,714,718,722-724]

, кадмия [695,698,721,722,726]

,

магния,

ц и н к а [411,693,721,722,728,729] , свинца

[411,715,

722]

,

висмута

[704,715]

или их сплавов. Однако

он может

иметь

место и на

поверхности таких металлов,

как медь,

никель,

золото, железо, молибден, палладия, платина, серебро, титан,

вольфрам, тантал и других при повышенных температурах [411,

715] , на поверхности окислов железа [417,727,730] , магния

[731,732] меди [422,432] (см.таблицу 20),

На поверхности металлов и сплавов рост НК протекает очень медленно (обычно несколько миллиметров я год), так что его трудно наблюдать. Лучше рост наблюдается на искусственных покрытиях, получаемых гальванически или напылением в вакууме на поверхности металлов, слюды или стекла. Важным условием

является создание в подложке механических напряжений. Они мо­ гут возникать в пленочных покрытиях при конденсации покрытия,

при окислении, при распаде твердых растворов или создаваться

искуственно, например, при сжатии или изгибе подложки. 1Сак от­

мечает Франкс [725] , время интенсивного роста НК обратно про­

порцион,ально величине приложенного напряжения, тогда как ско­

рость роста прямо пропорциональна

ему. Таким образом, средняя

длина НК оказывается независимой от величины напряжения.

 

Началу роста предшествует определенный-инкубационный пе­

риод, величина

которого уменьшается при возрастании приложенно­

го

напряжения

[6 97,725] .

 

 

 

Глазуновой было установлено

[733-735]

, что рост НК эавиотт

от

природы материала подложки, на

которую

нанесено покрытие.

Смотрите также файлы