Синтез минералов Том 1 - Хаджи В.Е.
Скачать (прямая ссылка):
Изучение природы дефектности и разработка на базе существующей методики получения пьезокварца синтетического материала высокой чистоты обусловили создание методов получения специальных сортов синтетического кварца. Использование бездислокационных затравок и шихтового материала повышенной чистоты в сочетании с подбором оптимальных параметров процесса и применение специальных кристаллодержателей позволили разработать и внедрить в промышленное производство процессы выращивания оптического монокристального кварца, а также уникальных по размерам и ориентации монопирамидальных кварцев для акустоэлектронных приборов.
В процессе разработки технологии синтеза оптического монокристального кварца была решена проблема создания фонда затравочного материала для разнотипных уникальных по размерам и свойствам кварцевых кристаллов, сырьем для которого послужили бездефектные природные кристаллы горного хрусталя большого размера и с высоким выходом моноблоков. Переработка крупногабаритных природных и синтетических кварцевых кристаллов производилась под руководством Л. Н. Романова и М. И. Голикова. Первые эксперименты на сосудах промышленного типа, проведенные в течение 1962—1963 гг. с целью проверки лабораторных данных, дали положительные результаты, показавшие принципиальную возможность повышения производительности серийного промышленного оборудования и улучшения качества выращиваемых кристаллов. Во ВНИИСИМС для серийного производства были разработаны два варианта сосудов, различающиеся конструкцией затвора и размерами горловины. Сосуды оборудовались внутренними электронагревателями, которые устанавливались в нижней части реакционного объема автоклава, а обогрев камеры кристаллизации производился наружными нагревателями.
В процессе разработки промышленной технологии специалистами ВНИИСИМС были найдены оптимальные термобарические параметры синтеза многих разновидностей кварцевого сырья: пьезо- и оптического кварца, окрашенного в различные цвета для ювелирных целей, кристаллов кварца для выплавления кварцевого стекла, в том числе мелкокристаллического кварца в виде синтетической кварцевой крупки заданного гранулометрического состава. Были подобраны исходные материалы и кристаллизационные сРеды, а также отработаны условия получения особо чистых сортов кварца, устойчивого к специальным воздействиям. Одним из Достижений в решении технологических вопросов синтеза кварца
13 была разработка приемов подавления дислокаций и механических примесей, что дало особенно ощутимые результаты в разработке методов получения высококачественного бездислокационного оптического кварца и высокодобротного пьезокварца. Важнейшим шагом в становлении промышленного производства синтетического кварца было создание затравочной базы — необходимого фонда затравочных пластин для выращивания всех видов синтетического кварцевого кристаллосырья.
В дальнейшем во ВНИИСИМС были разработаны конструкции серийного автоклавного оборудования, предназначенного для выращивания различных типов кварца в условиях массового производства. В последние годы В. С. Балицкий проводил исследования по перекристаллизации кварца во фторидных средах, завершившиеся разработкой опытно-промышленной технологии синтеза аметиста. Для защиты автоклавов от воздействия агрессивного растворителя на основе фтористого аммония использовались фторопластовые (лабораторное оборудование) и медные (опытно-промышленные автоклавы) футеровки. Метод не получил практического применения вследствие перекристаллизации и разрушения медных вкладышей. Тем не менее защитные устройства автоклавов от агрессивных кислых гидротермальных сред, разработанные во ВНИИСИМС, успешно используются в опытно-промышленной практике гидротермального синтеза других минералов.
В совершенствовании контрольно-измерительных систем и систем управления технологическим процессом особое место занимает аппаратурное обеспечение синтеза оптического кварца, потребовавшее осуществления бесперебойной работы установок в сверхдлительных кристаллизационных циклах продолжительностью свыше одного года. В этом направлении положительную роль сыграло успешное техническое решение системы термостати-рования автоклавных установок, позволившее осуществить необходимую стабилизацию температурного режима роста кристаллов. Автоматические системы управления (АСУ) технологическим процессом более активно внедряются в производство синтетического кварца.
Основные направления развития промышленного производства монокристаллов кварца за рубежом
Начало успешного практического освоения синтеза кварца было положено экспериментальными работами, основанными на применении метода температурного перепада. Возможности этого метода широко исследовались в Великобритании и США. После того как стала очевидной бесперспективность метода Р. Наккена для разработки массового производства синтетического пьезокварца, в США и Великобритании были получены положительные результаты при использовании в качестве движущей силы массопере-носа явления свободной конвекции при установлении температурного градиента в рабочем пространстве кристаллизатора. 14 В. Вустер, Д. Томас пришли к выводу о необходимости вести процесс выращивания в 10 %-ном содовом растворе при температурах 360—400 0C и давлении около 100 МПа. В опытах с выращиванием на базисных затравках при скорости роста 0,6 мм/сут были получены визуально однородные прозрачные кристаллы массой до 150 г. Для выращивания использовались автоклавы объемом около 0,5 л. Отмечалось, что существует некоторое критическое значение скорости роста, определяющее нарастание качественного материала. Превышение этого значения сопровождалось захватом включений кристаллизационной среды, что приводило к порче кристаллов. Были изучены свойства полученных кристаллов. Проведенные исследования показали, что лучшие образцы выращенных кристаллов по оптическим характеристикам (поглощение в видимой области и ближнем ультрафиолете, вращение плоскости поляризации света) идентичны образцам природного бразильского кварца. Установлена также идентичность природным образцам и пьезоэлектрических свойств полученного синтетического кварца. Отмечалось, что облучение выращенных на базисных затравках кристаллов рентгеновским излучением не приводит к радиационным изменениям наросшего материала в объеме пирамиды <0001 >.
