Шпоры по ТКМ / литье, резание, КМ / 7 тема. 3вопрос

7 тема. З вопрос

Методы получения монокристаллов:1) Бриджмена-Стокбарге и Чохральского; 2) Зонной плавки Пфанна; 3) Вернейля;4) Рекристаллизационные; 5) Плазменное выращивание монокристаллов боридов, карбидов и др. Методы Бриджмена—Стокбаргера и Чохральского используются преимущественно для выращивания легкоплавких и средней тугоплавкости металлических монокристаллов (Тпл не превышает 1500°С). Были попытки получить методом Чохральского с электронно-лучевым нагревом монокристаллы тугоплавких металлов. Однако сложность конструкции и трудности в эксплуатации соответствующих установок сдерживают пока применение этого метода для тугоплавких металлов.

а — начало; б — конец, 1 — холодильник; 2 — затравка; 3 — контейнер; 4 — поликристаллический слиток; 5 — нагреватель; б — зазор; 7 — жидкая зона

Рис. 5. Предстартовый режим выращивания монокристаллов по методу Бриджмена

Рис.6 Схема установки для выращивания монокристалла методом Чохральского.

Метод зонной плавки Пфанна эффективно используется для получения металлических монокристаллов в широком диапазоне температур плавления. В зависимости от тугоплавкости материала осуществляется косвенный, индукционный или электронно-лучевой нагрев.

Рис.7. Схема получения монокристалла методом зонной плавки (метод Пфанна)	Рис.8 . Схема выращивания монокристаллов методом Вернейля

Получение монокристаллов. В наше время без монокристаллов нельзя заниматься исследованием структуры и свойств металлов и сплавов, механизмов пластической деформации и разрушения, исследовать природу межатомной связи в металлах, сплавах и соединениях.. Получение искусственным путем первых металлических монокристаллов относится к началу XX в. Это были монокристаллы легкоплавких металлов, которые сразу нашли применение в качестве объектов фундаментальных исследований. Однако металлические монокристаллы, в отличие от полупроводниковых, долгое время не находили технического применения. Оно началось лишь в 60-е годы, когда был осуществлен синтез достаточно крупных и высокочистых монокристаллов тугоплавких металлов. Роль металлических монокристаллов в науке и технике непрерывно возрастает. Одновременно возрастают требования к чистоте, совершенству структуры и геометрии выращиваемых монокристаллов. Глубокая очистка от примесей и получение монокристаллов — путь к созданию материалов с заданными свойствами наряду с легированием. Следует подчеркнуть, что вопросы получения металлических монокристаллов и их глубокой очистки неразрывно связаны: существует прямая зависимость между степенью совершенства монокристалла и уровнем содержащихся в нем примесей. Основные способы очистки металлов от примесей — гидрометаллургические процессы, ионный обмен, диссоциация галлоидных соединений, жидкостная экстракция, электролиз, возгонка, осаждение из паровой фазы, вакуумная плавка. Эффективность каждого из перечисленных способов определяется физико-химическими свойствами основного металла и содержащихся в нем примесей. В настоящее время насчитывается около 150 разновидностей методов получения монокристаллов из паровой, жидкой (расплавов и растворов) и твердой фаз. Методы получения металлических монокристаллов из жидкой фазы можно разделить на четыре группы. 1. Образование монокристалла из расплава внутри тигля, постепенно перемещающегося с расплавом из горячей зоны печи через холодную диафрагму (метод Бриджмена-Стокбаргера, 2. Кристаллизация путем выведения части расплава из тигля с помощью затравки (метод Чохральского и метод Степанова — вытягивание профилированных монокристаллов из расплава через диафрагму). 3. Зонная плавка, предложенная Пфанном. К зонной плавке близок метод кристаллизации из металлических расплавов (зонная плавка с температурным градиентом). 4. Формирование монокристалла наплавлением металла или какого-либо другого вещества на торцевую поверхность перемещающейся вниз затравки (метод Вернейля).