3.8. Кристаллизация при вынужденной конвекции раствора

При кристаллизации по этому методу, как и в методах, описан­ных в предыдущих параграфах, для создания пересыщения исполь­зуется разность температур между зоной, в которой идет насыще­ние раствора, и зоной, в которой идет рост кристалла. Однако в отличие от рассмотренных методов конвекция в растворе осу­ществляется принудительно, с помощью насоса.

Принципиальная схема установки для выращивания кристал­лов описываемым способом изображена на рис. 3-15.

Так как для обеспечения массопереноса к растущему кристаллу достаточно сравнительно небольшой скорости течения раствора, то температуры в обеих камерах практически не зависят от скорости течения, а зависят только от температур термостатов. Таким об­разом, в этом методе имеется возможность в достаточно широких пределах более или менее независимо изменять скорость течения и пересыщение. Соответствующая конструкция камеры подпитки обеспечивает при данной скорости циркуляции раствора и данной температуре, благодаря большой площади шихты, потенциально большую суммарную скорость ее растворения. Это приводит к вы­сокому постоянству концентрации раствора, уходящего из камеры подпитки, т. е. независимости концентрации питающего раствора от концентрации обедненного раствора, уходящего из камеры роста. Таким образом, схема взаимосвязей между основными

114

параметрами (рис. 3-16) отличается относительной простотой при резком преобладании парамет­ров, находящихся под прямым контролем экспе­риментатора. В соответ­ствии со сказанным вы­ше обратной связью меж­ду скоростью роста, пе­ресыщением и скоростью растворения шихты мож­но пренебречь. Отсутствие плохо контролируемых обратных связей, обычных для других методов, обе­спечивает, в принципе, полную управляемость процессом роста.

Главной практической трудностью при создании установки для. выращивания кристаллов по этому методу является запаразичива-ние прибора, особенно соединительных трубок в нем. Поэтому ре­альные установки, как правило, отличаются от схемы, данной на рис. 3-16. В них предусматривают, например, независимый подо­грев соединительных трубок. В некоторых вариантах приборов ка­меру роста располагают над камерой растворения. Создают также трехкамерные установки, в которых одна из камер, промежуточ­ная между камерой роста и растворения, предназначена для пере­грева раствора и его дезактивации. Варианты таких приборов опи­саны, например, Г. Бакли [1954] и К.-Т. Вильке [1977]. Возможные усложненные схемы приборов даны также в предыдущем издании настоящей книги. В одной из этих схем предусматривалась не только дезактивация раствора, но и его регенерация, т. е. очистка от накапливающихся примесей. Таким образом, реальные приборы для выращивания кристаллов по описываемому методу относи­тельно сложны. Достаточно совершенный кристаллизатор для вы­ращивания кристаллов по этому методу — простой, компактный, удобный в сборке и разборке, — видимо, еще не создан. Этот ме­тод, вообще говоря, предпочтителен при промышленном выращи­вании кристаллов или в специализированных кристаллизационных лабораториях со сравнительно большой программой выращивания кристаллов определенного вещества. Метод используется для ве­ществ, имеющих существенную зависимость растворимости от тем­пературы при любом знаке этой зависимости.

Описываемый метод наиболее удобен для получения подряд многих кристаллов без замены раствора и прекращения работы кристаллизатора, а также для непрерывного выращивания одного кристалла с одновременным его вытягиванием из раствора, в условиях высокого постоянства температуры, пересыщения, скорости массопереноса к кристаллу в течение длительного времени. Воз­можные варианты технического устройства для реализации идеи

115

Рис. 3-16. Схема взаимосвязей между основными параметрами при выращивании кристаллов по методу вынужденной конвекции раствора.

вытягивания кристалла обсуждались в предыдущем издании этой

книги.

Важнейшей проблемой при разработке «идеального» варианта конструкции прибора по этому методу является организация выра­щивания кристаллов в формах (одной гранью) с постоянством скорости протекания жидкости вдоль поверхности кристалла.