Способ определения скорости роста кристаллов из раствора

 

Союз Советских

Социалнстмческкх

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ии971922

{61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 19.03.81 (21) 3301382/23-26 (5t }M. Кл. с присоединением заявки №

С 30 В 9/00

Гооударствкнный комитет (23) Приоритет оо долам изобретений и открытий

Опубликовано 07.11.82. Бюллетень ¹ 41

Дата опубликования описания 07.11.82 (53 } УД К 621.315, .592 (088.8) А. В. Белицкий, В. M. Прилепо, Н. Д. Урсуляк и P. Е. Ковалевский (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ . СКОРОСТИ РОСТА КРИСТАЛЛОВ

ИЗ РАСТВОРА

Изобретение относится к области выращивания монокристаллов, в частности к технике определения параметров кинетики процесса выращивания кристаллов из .растворов.

Известны методы определения скорости роста кристаллов из растворов путем измерения тем или иным способом количества твердой фазы, кристаллнзирующейся иэ раствора за данное время (1).

Однако все эти методы при массовой крис. таллизации в больших объемах отличаются низкой точностью, так как весьма трудно следить за изменением размеров всех кристаллов.

Этн недостатки устраняются в способах определения скорости роста кристаллов в малых объемах, например капиллярах.

Наиболее близким к предложенному явля- ется способ определения кинетики кристалли- зации из раствора-расплава в капиллярах с регистрацией процесса при помощи оптических и рентгеновских методов, а также измерение скорости роста по изменению объема раствора при кристаллизации, которое фиксируется по изменению уровня раствора в каппилляре (2) .

Однако применение этих способов для определения скорости роста кристаллов из высокотемпературных (выше 1000 С) растворов невозможно.

Растворы для выращивания монокрнсталлов важного класса феррогранатов и феррошпинелей включают соединения свинца (PbO, PbFq) и являются непрозрачными как в оптическом, так и в рентгеновском диапазоне частот.

Изменение объема раствора при кристаллизации мало, так как для выращивания используются растворы с концентрацией кристаллообразующих компонентов 8 — 10 мол.%.

При выращивании кристаллов из таких растворов в капиллярах рост происходит не вдоль оси капилляра, как в известных способах выращивания из расплавов, а в радиальном направлении, что не может быль зафиксировано известными методами.

3 971922 4

Таким образом, недостатками известных способов определения скорости роста кристаллов иэ растворов являются их малая точность и даже не.воэможность применения при выращивании кристаллов иэ высокотемпературных растворов.

Цель изобретения — повышение точности и ускорение измерения.

Эта цель достигается тем, что согласно спо собу определения скорости роста кристаллов 10 иэ раствора по выпадению твердой фазы на внутренних стенках капилляра, через капилляр пропускают пузырьки газа н по измене нию максимального давления s пузырьках судят о скорости роста. !5

Способ определения скорости роста кристаллов осуществляют следующим образом.

Раствор, состоящий из компонентов раст- ворителя. и кристаллообразующих компонентов нагревают до температуры на 30 — 100 С эО выше температуры начала кристаллизации, при этой температуре раствор выдерживают до полной гомогенизации и в него вводят капилляр, через который подают инертный гаэ. 25

Скорости подачи газа регулируют таким образом, чтобы через раствор проходило 5—

10 пузырьков в минуту. Давление в системе подачи газа регистрируют микроманометром, Далее раствор охлаждают до температуры ниже температуры кристаллизации, создавая заданное пересыщение, При этом на внутренних стенках капилляра образуются зародыши кристаллов, которые при своем росте изменяют его внутренний диаметр. За счет

35 этого происходит увеличение максимального давления в газовой пузырьке. Скорость увеличения максимального давления пропорцио-, нальна скорости сужения диаметра капилляра, а следовательно, скорости роста кристаллов. Зависимость скорости роста кристал лов от давления газа в пузырь- з имеет

Формула изобретения

ВНИИПИ Заказ 8497/11 Тираж 371 Подписное

Ж

45 где 0 — начальный диаметр капилляра (дв эарастания);

Р— максимальное давление в газовом

О

mOX пузырьке в начальный момент вре. мени; 5О

P — максимальное давление в газовом пузырьке через время М.

Пример. Определение скорости роста кристаллов иттрий- железистого граната из растворителя РЬΠ— РЬŠ— Вг Оз — Ca0. 55

Шихту состава„вес.%: J>Oq 11,0; Feq0>

15 6; РЬО 39 4; РЬРр 32 2; В20З 1 7;

СаСОз 0,1, — загружают в платиновый тигель и нагревают в печи до 1250 С. После выдержки в течение 3 ч в раствор вводят платиновый капилляр с внутренним диаметром 1,35 мм, через который продувают чистый азот. Скорость подачи азота обеспечивает

8 "пробулькиваний" в минуту. Далее раствор охлаждают до 1163 С, при которой пересыщение раствора составляет 0,2%. В момент начала увеличения максимального давления в газовом пузырьке, которое регистрируют по микроманометру ММН, запускают секундомер. Увеличение давления регистрируют каждые 5 мин в течение 30 мин. В результате получены следующие данные: Рща„ вЂ” 115 делений микроманометра (д.м.);

Pmax = 119,5 д.м.; At = 30 мин, Скорость роста, определенная по формуле, 54 мкм/ч.

Предложенный способ использован при выращивании монокристаллов феррогранатов нз свинцовистых растворов, что позволило оптимизировать режимы кристаллизации и повысить выход годных для изготовления изделий кристаллов более чем в 1,5 раза, : Технико-экономическая эффективность предлагаемого способа определяется снижением времени измерения от нескольких часо» до десятков (20 — 30) минут, и повышением точности измерения — спосов фиксирует изменение размера кристаллов на 3 — 5 мкм, Кроме этого, способ применим для любых растворов, независимо от температуры, концентрации, летучести и токсичности, т.е. является универсальным. Способ не требует сложного и прецизионного оборудования, дорогостоящих оптических нли рентгеновских систем, Способ определения скорости роста кристаллов из раствора по выпадению твердой

*азы на внутренней стенке капилляра, о тл и ч а ю шийся тем, что„с целью повышения точности и ускорения измерения, через капилляр пропускают пузырьки газа и по изменению максимального давления в пузырьках судят о скорости роста, ° Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Тимофеева В. А. Рост кристаллов из растворов-расплавов. М., "Наука", . 1978.

2, Проблемы роста кристаллов. M., "Мир ", 1968, с. 50 — 59 (прототип) .

Филиал ППП "Патенг", r. Ужгород, ул. Проектная, 4