Синтез минералов Том 1 - Хаджи В.Е.
Скачать (прямая ссылка):
U, м /с
1620 14 20 1370 Т,К
Рис. 138. Зависимость ,максимальной скорости роста затравок от их расстояния до нагревателя и температуры зоны роста, в системах: Ni—Mn — графит (1), Ni—Mn — графит, легированный Zr (массовая доля 25%) (2) и Ni-Mn — алмаз при р = 3,8 ГПа, <=1,8 • IO3 с (3) ности растворения углерода по сравнению с растворением обычного графита и тем самым ограничат скорость его переноса.
Установлено, что при использовании в качестве источника углерода графита, легированного цирконием, при прочих равных условиях наблюдается всестороннее растворение затравки в течение первых 600 с независимо от их положения в реакционном объеме относительно нагревателя. Интенсивность растворения уменьшается по мере удаления затравок от нагревателя. Рост же алмаза имеет место только в торцевой, наиболее холодной зоне реакционного объема со скоростью порядка 1,7* Ю-3 м/с (см. рис. 138, кривая 2) при продолжительности цикла свыше 600 с, а затравки, располагавшиеся ближе к нагревателю, растворялись при этом за 1500—1800 с. Образование монокристаллического графита наблюдалось в зоне реакционного объема с наибольшим температурным градиентом, т. е. вблизи источника углерода при длительности цикла не менее 1200 с.
В случае применения в качестве источника углерода прессованной смеси порошков алмаза и никеля при тех же значениях давления в камере (3,8—4,0 ГПа) и температуры нагревателя (1600 К) длительность насыщения металлического (Ni—Mn) расплава данного объема углеродом составляет не менее 900 с. Как и в предыдущем случае, растворение затравок происходит во всех зонах реакционного объема, а их последующий рост — только в торцевой его части, но с заметно меньшей скоростью (см. рис. 138, кривая 5). Следует отметить, что образование графита в зоне роста алмаза, где градиент температуры не превышает IO3 К/м, не происходит. Увеличение начального давления в камере сопровождается закономерным увеличением объема зоны роста и снижением скорости роста затравок. Появление спонтанных кристаллов алмаза в торцевой части реакционного объема отмечается при давлении не менее 4,6 ГПа.
Анализируя полученные результаты, можно заключить, что применение вместо обычного графита в качестве источника углерода указанных материалов приводит к такому снижению скорости его растворения, что именно кинетика этого процесса, а не термодиффузия становится лимитирующим звеном массопереноса в зоне реакционного объема с повышенным градиентом температуры. Следствием этого является сравнительно низкая интенсивность потока углерода, который не обеспечивает рост затравок в условиях, отвечающих области устойчивости графита, по описанному выше механизму. Проявляющаяся тенденция к увеличению скорости роста затравок, находящихся в стабильных (или метастабильных) для алмаза р-Т-условиях, с возрастанием величины температурного перепада между зонами растворения и роста (см. рис. 138, кривые 2, 3), очевидно, может рассматриваться как доказательство того, что процесс переноса углерода в этой части реакционного объема контролируется концентрационной диффузией.
389 Изучение влияния состава металла-растворителя на скорость роста затравочных кристаллов осуществлялось с учетом данных, полученных при исследовании процесса спонтанной кристаллизации. В частности, применялись разжижающие добавки к основным компонентам Ni и Mn таких элементов, как In, Cu, Ca, Sb, массовая доля которых составляет до 10%- Установлено, что введение в металлическую шихту указанных добавок заметно снижает скорость роста затравок. Причем эффект от присутствия в шихте In, Ca или Cu практически одинаков в изученном интервале концентраций. Кроме того, показано, что введение в исходную шихту порошка графита (массовая доля 2 %) с размером частиц до 100 мкм значительно сокращает время насыщения расплава металлов углеродом и позволяет тем самым ограничить длительность предварительного растворения затравок не более чем пятыр минутами.
В этих условиях возможно, в частности, получение тонких слоев с различной по сравнению с затравочным кристаллом типом проводимости за счет введения в шихту соответствующих электрически активных примесей.
Глава 18
ВНЕШНЯЯ И ВНУТРЕННЯЯ МОРФОЛОГИЯ СИНТЕТИЧЕСКИХ МОНОКРИСТАЛЛОВ АЛМАЗА
Особенности внешней морфологии синтетических алмазов
Габитус, облик, рельеф граней, распределение примесей и включений в кристалле целиком Определяются его структурой, физико-химическими условиями в среде роста, пересыщением, присутствием примесей, симметрией питания, а также кинетикой процесса роста. Согласно теории Хартмана и Пердока, удельный вес грани в облике кристалла убывает в последовательности F, S, К, что соответствует уменьшению ретикулярной плотности граней и повышению их структурной шероховатости. Для алмаза атомно-гладкими /-"-гранями являются (111), ступенчатыми «-гранями— (ПО), атомно-шероховатыми K-гранями—(100). Реальный облик алмазов сложнее предсказываемого теорией и обусловлен конкретным сочетанием указанных выше факторов. В этой связи изучение особенностей морфологии кристаллов синтетического алмаза обеспечивает получение информации, необходимой как для совершенствования процесса кристаллизации, так и для более глубокого понимания природного алмазообразования.
