В данной реакции углерод выступает как восстановитель. В качестве восстановителя могут применяться и другие химические соединения (кислород, Н, Аl, Na, Ca).
Помимо кристаллизации из расплава металлы можно получать методом:
- гидрометаллургии (из водных растворов солей)
- электрометаллургии (электролизом)
- методом порошковой металлургии, когда для получения сплавов порошковая смесь металлов прессуется под большим давлением и спекается при больших температурах в восстановительной среде. Такой метод позволяет получать сверхтвердые сплавы (металлокерамику)
Кристаллы могут возникать и расти в переохлажденном расплаве или пересыщенном растворе данного вещества на готовых зародышах, в качестве которых могут выступать частицы исходного вещества или частицы, способные абсорбировать кристаллизующееся вещество. Зарождение кристаллов может осуществляться также на неровностях, царапинах, выступах сосуда, где находится вещество. В качестве основы для роста может выступать и кристаллическая среда, принадлежащая к другой полиморфной модификации (имющая такой же химический состав но другую кристаллическую структуру). Дальнейший рост кристалла осуществляется благодаря выступам или «ступенькам» на гранях и происходит в направлении нормали к граням.
«Ступенька» на поверхности кристалла
Хотя при фазовом превращении кристаллическом состоянии система становится более стабильной за счет уменьшения полной энергии, идеально устойчивое состояние никогда не достигаетсяч, что делает возможным процесс рекристаллизации, который может играть как положительную, так и отрицательную роль при создании или использовании материала. Например литые металлы (с поликристаллической структурой) со временем стареют, что связано с увеличением размеров части кристаллитов за счет рекристаллизации.
При выращивании монокристаллов из расплавов в шихту (исходную смесь) часто добавляют вещества с пониженной (по сравнению с исходным материалом) температурой плавления – флюсы (легкоплавкие добавки). Добавление флюса позволяет проводить кристаллизацию при более низких температурах, но загрязняет вещество. Существует несколько наиболее распространенных методов получения монокристаллов.
Метод Вернейля.
Шихта в виде небольших порций поступает в печь – вертикальную трубку, согреваемую пламенем горелки, в которую подается кислород и водород. Проходя через кислородно-водородное пламя расплавленная смесь падает на поверхность затравки, питая образующуюся на ней каплю расплава. Затравка медленно вытягивается вниз, обеспечивая медленное охлаждение части расплава так, чтобы упавшая капля оставалась на той же высоте. Метод не требует тиглей, однако из-за высокой температуры в кристаллах образуется внутреннее напряжение. Стехиометрия состава может нарушаться вследствие восстановления компонентов водородом и испарения летучих веществ. Скорость роста – несколько мм/час
Метод Бриджмена.
Используется тигль, нижняя часть которого имеет форму конуса. Тигль вместе с расплавом опускают в более холодную зону. Зарождающиеся в нижней части конуса кристаллы играют роль затравки. Скорость примерно 1 мм/час.
Метод Чохральского.
Затравку того же состава, что и нужный кристалл опускают в расплав и медленно вытягивают из ванны. Расплав нагревают с помощью СВЧ печи или резистивных нагревателей. Для устранения неоднородностей используется дополнительная печь, проходя через которую кристалл отжигается.
Метод зонной плавки.
Зона расплава перемещается вдоль заготовки за счет смещения нагревательного элемента. Метод используется для очистки кристаллов от примесей. Поскольку вредная примесь растворяется в жидкой фазе по мере приближения к концу образца зона расплава насыщается примесями. После охлаждения грязный конец отрезается. Для очистки плавку можно проводить несколько раз.
Метод гидротермального выращивания.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.