Физико-химические процессы в расплаве на границах раздела фаз при направленной кристаллизации оксидных соединений

• Автор: Заварцев, Юрий Дмитриевич
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 144 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение
ГЛАВА 1. Некоторые физико-химические явления, сопровождающие
процесс направленной кристаллизации
§1.1. Поверхностное натяжение
§1.2. Зависимость поверхностного натяжения от
температуры
§1.3 Электрокапилпярные явления
§1.4. Электрические явления, сопровождающие кристаллизацию
§1.5. Влияние электрического тока на процесс кристаллизации
§1.6. Доказательства объемного характера направленной
кристаллизации некоторых расплавов
§1.7. Коэффициент распределения примеси
(« г
§1.8. Постановка задачи
ГЛАВА 2. Влияние гетеровалентной примеси на поверхностное
натяжение расплавов галлий содержащих гранатов
§ 2.1 Механизм диссоциации оксидов при плавлении галлиевых
гранатов
§ 2.2 Влияние гетеровалентной примеси на коэффициент
поверхностного натяжения расплава
§ 2.3 Влияние испарения закиси галлия вагО на поверхностное
натяжение расплава ва-содержащего граната
ГЛАВА 3. Поверхностное натяжение расплавов галлиевых гранатов
§ 3.1 Эксперимент. Схема измерительной ячейки и блок схема
измерительной установки
§ 3.2. Температурная зависимость коэффициента поверхностного
натяжения
§ 3.3 Влияние атмосферы над расплавом и состава расплава на
коэффициент поверхностного натяжения
ГЛАВА 4. Электрокапилпярные явления в расплаве иттрий-скандий-
галлиевого граната
§ 4.1 Влияние электрического поля на коэффициент поверхностного
натяжения расплава
§ 4.2 Механизм взаимодействия иридиевого тигля с расплавом
ва-содержащего граната
ГЛАВА 5. Массоперенос при направленной кристаллизации с
наложением электрического поля
§ 5.1 Влияние электрического поля на сегрегацию ионов в расплаве
вблизи фронта кристаллизации
§ 5.2 Массоперенос при направленной кристаллизации с
наложением электрического поля
ГЛАВА 6. Распределение примеси внутри диффузионного слоя в
модели кластерной кристаллизации
Введение
§ 6.1 Постановка задачи
§ 6.2 Выражение для д(х)
§ 6.3 Уравнения для концентрации примеси в жидкой фазе и в
кластерах
§ 6.4. Соотношения между параметрами
§6.5. Граничные условия
§ 6.6. Решение системы уравнений
ГЛАВА 7. Выращивание лазерных и сцинтилляционных
кристаллов
§ 7.1 Рост кристаллов {У8с}з[Зс6а]2Са3012
§ 7.2 Рост кристаллов 6сЛ/04
§ 7.3 Рост кристаллов (Ьц.хбсУгЗЮб
§ 7.4 Расход иридия, защита иридиевых тиглей от взаимодействия
с расплавом
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Возможность промышленного применения того или иного нового кристалла определяется не столько уникальностью его физических свойств, сколько технологичностью предлагаемого материала, т.е. возможностью выращивания высококачественных кристаллов. Затраты на разработку технологии выращивания потенциально перспективной кристаллической матрицы значительно превышают затраты на изобретение нового материала. Ярким примером является диодный лазер на основе нитрида галлия излучающий на голубой длине волны (476 нм). Материал изобретен в Японии более десяти лет назад, однако технология ваИ оказалось настолько сложной, что до настоящего времени не начато его массовое производство, несмотря на огромную потребность промышленности в компактных лазерах, работающих в голубом диапазоне длин волн.
Понимание физических процессов, сопровождающих производство новых материалов, значительно ускоряет и удешевляет разработку технологии. В этой связи представляют интерес научно-исследовательские работы, посвященные разработке универсальных, описывающих различные стадии технологического процесса моделей.
При разработке технологии выращивания высокотемпературных материалов исследователи сталкиваются со сложной проблемой, поскольку в литературе практически отсутствуют данные о физико-химических свойствах жидких тугоплавких оксидов, а тем более многокомпонентных оксидных систем. Знание таких свойств, как вязкость, плотность, поверхностное натяжение, теплопроводность, необходимо для оптимизации технологических

энергетических барьеров, которые преодолевает частица при встройке в кристалл различают объемно-диффузионный и поверхностно-диффузионный механизмы кристаллизации. Анализ экспериментальных фактов, проведенный в работе [85] показал, что в случае кристаллизации из растворов имеет место поверхностная диффузия, учет которой необходим при описании процесса кристаллизации. Молекулярно-кинетические представления используются в основном для трактовки элементарных процессов роста кристаллов. В чистом виде они неприложимы к таким сложным систем, как раствор-расплав [86].
Существующие теории роста кристаллов можно разделить на две группы. К первой относятся теории, согласно которым процесс роста рассматривается как поверхностное скачкообразное явление на атомном или молекулярном уровне. Вторая группа теорий рассматривает процесс кристаллизации как объемный процесс, происходящий путем отложения на поверхности растущего кристалла сложных образований, под которыми подразумеваются коллоидные скопления, агрегаты, кластеры или даже микрокристаллы [87]. Механизм роста кристалла и отдельных его граней может в процессе роста неоднократно меняться. В работах [88, 89] показано, что механизм роста связан с величиной переохлаждения.
При всех реальных фазовых превращениях фазы не находятся в равновесии между собой. Равновесное состояние может быть описано термодинамически определенными значениями температуры Т, давления Р и концентрации С. Отклонение от равновесия может быть охарактеризовано отклонением этих параметров от их равновесных значений: а)
переохлаждением АТ = Тщ - Т, которое представляет собой степень снижения температуры расплава Т относительно равновесной температуры ликвидуса