Синтез минералов Том 1 - Хаджи В.Е.
Скачать (прямая ссылка):
Основу метода составляют экспериментально полученные зависимости диэлектрической проницаемости смеси Єизм воздух — твердая фаза от объема смеси V0 и изменение объемного содержания k вещества в навеске от числа частиц в ней k:
V0^mene и*" + с;
__і
N 1 H—~ kmax,
где т, п, с — коэффициенты, определяемые опытным путем; ko и fcmax — соответственно коэффициент заполнения при полной загрузке измерительной кюветы по высоте резонатора и его максимальное значение ^max=I; ее — размерный коэффициент; n — число частиц твердой фазы в навеске.
Расчет диэлектрической проницаемости порошковых материалов определенной зернистости осуществлялся по формуле Винера. Контрольные измерения диэлектрических параметров единичных кристалов и порошков алмаза, кварца и фторопласта, проведенные при комнатной температуре на частоте 3360 МГц в полом цилиндрическом резонаторе с типом ?"0io показали удовлетворительное согласие полученных данных и приведенных в литературе.
Для объяснения экспериментально полученных результатов по изучению зависимости диэлектрической проницаемости є и тангенса угла потерь tgo от условий выращивания и термообработки синтетических алмазов привлекались известные положения, развитые в релаксационной теории поляризуемости гетерогенных систем.
1. Диэлектрическая проницаемость неоднородной среды, к которой следует отнести и большинство кристаллов синтетического алмаза, определяется количеством инородных частиц в объеме кристаллов, но зависит и от абсолютного значения вещества включений.
2. Изменения tgo подчиняются закономерности: значение тангенса угла потерь агрегата всегда лежит между наибольшим и наименьшим значениями углов потерь, составляющих агрегат компонентов.
Кроме того, следует учесть, что при измерениях в СВЧ диапазоне диэлектрические параметры материалов определяются быстро протекающими электрическими процессами в них, зависящими в основном от структуры и состава вещества. Поэтому в бездефектных кристаллах алмаза с совершенной структурой диэлек-
29* 451 трическая проницаемость и потери обусловлены только электронной составляющей поляризации и явлениями последействия, так как алмаз — типично ковалентный кристалл.
Присутствие в объеме кристаллов металлических, изолированных от внешней по отношению к алмазу среды включений искажает внутрикристаллическое поле, возбуждаемое в алмазе внешним электромагнитным полем резонатора. Причем величина и степень искаженности поля в локальных участках алмазной матрицы, прилегающих к дефектам, обусловлены и эффектами поляризации, связанными со скоплением заряда на границах включений и других структурных неоднородностях. Поэтому в переменном электрическом поле во включениях происходят процессы перераспределения этих зарядов, вызывающие появление дипольных моментов у электропроводящих частиц и их осиляции, совпадающие с частотой приложенного к алмазу внешнего электрического поля. Величина дипольного момента частицы определяется не только размерами и формой, но и электрофизическими свойствами вещества частицы, в частности, электропроводностью. Поэтому такого типа включения на алмазах в первом приближении можно рассматривать как квазиупругие диполи, релаксационные процессы, в которых (отражая степень совершенства структуры частиц) изменяют однородность внутрикристаллического поля в алмазах.
Следовательно, индивидуальные особенности диэлектрических параметров отдельных кристаллов синтетического алмаза определяются количественным содержанием дефектов в объеме кристаллов, их природой, структурой, размерами, формой и отражают локальные условия алмазообразования. Очевидно, этим объясняется зависимость диэлектрических свойств алмазов от условий выращивания. Как правило, все исследованные кристаллы алмаза были получены в закалочном режиме охлаждения (~ 33 0C в 1 с) от температуры синтеза. Следовательно, можно полагать, что состав включений и неоднородное распределение компонентов среды кристаллизации в них зафиксированы при закалке.
На рис. 163 представлены результаты исследования зависимости е и tgo от условий выращивания. Параметры синтеза: температуру Т, давление р и продолжительность циклов 'выращивания t—контролировали методами, описанными в гл. 15. Из анализа кривых (см. рис. 163) следует, что диэлектрическая проницаемость алмазов в большей степени зависит от температуры синтеза и в меньшей от р и t. На tg б существенное влияние оказывает давление и сравнительно слабое — продолжительность процесса синтеза.
Увеличение є с повышением температуры синтеза может быть обусловлено увеличением количества или размеров включений в алмазах и возрастанием дипольного момента электропроводящих частиц в них.
Экспериментальные результаты убедительно указывают на второй вариант, так как увеличение количества и размеров электропроводных частиц в изолирующей среде должно сопровож-452 40 J 42 ' 44 р,10вПа ~4O ' 42 ^ ~~44 р.іо'па 12 18 24 і,Юс "б Ї2 18 24t,10с
Рис. 163. Зависимость диэлектрической проницаемости (а) и тангенса угла потерь (б) синтетических алмазов от температуры (1), давления (2) и продолжительности циклов выращивания (3)
