Промышленные методы выращивания кристаллов

Роль кристаллизации из газовой фазы в технологии тугоплавких материалов. Методом возгонки-сублимации получают нитевидные монокристаллы оксида магния (t_пл=2800^оС), карбида кремния (t_пл=2700^оС). Рост кристаллов производится в закрытом сосуде с запаянной кварцевой трубкой, где созданы две температурные области – выше температуры кристаллизации вещества и ниже. В первой кристалл возгоняется, а во второй – растет.

Рисунок 2.6 – Выращивание кристалла

Синтетический кварц, например, получают из растворов гидротермальным синтезом. Последний применим для веществ, у которых растворимость при комнатной температуре и нормальном давлении мала, а при повышенных температуре и давлении резко повышается. Принцип заключается в непрерывном переносе растворенного вещества конвекционными потоками, которые образуются в растворе из-за наличия градиента температуры. Кварц выращивают из щелочных растворов при 400^оС а автоклаве под давлением 100 МПа.

При t₁>t₂ исходное вещество (рис. 2.6), находящееся на дне автоклава, растворяется, образуется пересыщенный раствор, который поднимается вверх и питает растущий кристалл. При гидротермальном синтезе рост кристалла идет чрезвычайно медленно – 0,1-1 мм в день, зато кристаллы – совершенны.

Промышленные методы выращивания рубинов, шпинелей, гранатов из расплавов различаются: тигельный и безтигельный (метод Вернейля).

Метод Вернейля – первый из промышленных методов кристаллизации, разработанный еще в начале ХХв., - принадлежит к безтигельным. Суть такова: порошок исходного материала 1 (рис. 2.7) сыплется через пламя гремучего газа 2 и, расплавляясь в этом пламени, падает на кристалл 3, который растет подобно сталагмиту.

Рисунок 2.7 – Кристаллизация методом Вернейля

Недостатком метода являются, прежде всего, большие температурные напряжения в готовом кристалле.