Синтез минералов Том 1 - Хаджи В.Е.
Скачать (прямая ссылка):
Работа английских ученых, продемонстрировавшая возможность получения достаточно крупных качественных кристаллов кварца путем обеспечения непрерывного процесса переноса вещества с шихты на затравку, в длительных экспериментах сыграла первостепенную роль и оказала большое влияние на широкое практическое освоение метода температурного перепада в других странах.
В США разработка метода температурного перепада осуществлялась в диапазоне давлений 35—130 МПа и развивалась вначале двумя различными путями. В 1948 г. Д. Хейл в лаборатории фирмы «Браш» осуществил синтез кварца на базисных затравочных пластинах в 6 %-ном содовом растворе при давлении 35 МПа, используя для этой цели конструкцию установки из спаренных горизонтально установленных и непрерывно покачиваемых автоклавов. В одном из них закреплялись на рамках затравочные пластины, в другом — находился контейнер с растворяющимся материалом. Температура в зоне роста поддерживалась около 340 °С, в зоне растворения — 350 °С. Каждый автоклав был снабжен самостоятельным обогревом. Таким образом, действие установки Д. Хейла было основано на использовании свободного конвективного движения кристаллизационной среды, а применяемая методика представляла собой оригинальную разновидность метода температурного перепада. Покачивание установки с частотой 3 наклона в минуту приводило к более интенсивному массообмену растворителя между камерами роста и растворения. На небольшом опытном производстве, организованном фирмой «Браш» этим методом были выращены наиболее крупные для того периода зарубежной практики кристаллы кварца массой 1040 и 1700 г. В на-
15 чальный период деятельности фирмы ее продукция находила сбыт, однако в последующие годы производство синтетического кварца на спаренных автоклавах, по-видимому, было прекращено. Данные о дальнейшей работе фирмы в этом направлении отсутствуют.
Наилучшие, хорошо воспроизводимые результаты были достигнуты А. Уокером и Е. Бюлером в 1950 г. при проведении экспериментальных работ в лаборатории фирмы «Белл телефон». Для выращивания кристаллов кварца применялся 5%-ный раствор гид-роксида натрия. Процесс осуществлялся при температуре камеры кристаллизации около 360 °С и величине температурного перепада на внешней стенке сосуда 7—47 °С, давлениях 100—126 МПа. Скорость роста кристаллов в этих условиях достигала 2,5 мм/сут. Проведенные опыты доказали возможность успешного выращивания кристаллов в условиях температурного перепада в растворах гидроксида натрия.
В 1953 г. А. Уокер и Е. Бюлер в автоклаве над шихтой установили металлическую перегородку с вырезами по периферии для циркуляции раствора, перекрывавшую поперечное сечение сосуда на 80—90 % его площади. Это обеспечило увеличение и стабилизацию температурного перепада. Лучшие результаты в это время получены при выращивании кварца на затравках, параллельных грани малого ромбоэдра, в растворе гидроксида натрия, при наружном температурном перепаде 90 °С. Таким образом, за цикл длительностью 70 сут были выращены кристаллы массой до 400 г. Введение в кристаллизатор диафрагмирующей перегородки сыграло важнейшую роль в аппаратурном обеспечении дальнейших разработок по синтезу кварца и позволило дать простейшее, наиболее рациональное и компактное решение внутренней конструкции автоклава.
В лабораториях этой же фирмы в дальнейшем были проведены детальные исследования воздействия факторов внешней среды, условий роста на кинетику кристаллизации. Значительные исследования физико-химических условий синтеза кварца осуществлялись Р. Лодизом. Проведенные им работы позволили рекомендовать для проверки на опытном производстве большие скорости роста (до 5 мм/сут) при давлениях порядка 200 МПа при выращивании кварца на затравках базисного среза. Однако практического использования такая рекомендация не получила, так как опыт выращивания кристаллов пьезокварца нужного качества показал, что оптимальные скорости роста должны иметь на порядок меньшую величину. Помимо непосредственного вклада Р. А. Лодиза в разработку промышленного производства синтетического кварца необходимо отметить его большую популяризаторскую деятельность: написано значительное число научно-популярных статей и монографических работ по синтезу монокристаллов, в том числе по искусственному получению кристаллов кварца.
В 1956 г. фирма «Белл телефон» завершила разработку методики массового получения синтетического пьезокварца, подготовив тем самым почву для перехода к освоению промышленного спо-
16 соба синтеза Этого материала. Вопросы организации промышленного производства и выпуска промышленной продукции были переданы компании «Вестерн электрик». В задачу этой фирмы входило конструирование серийной промышленной кристаллизационной установки с соответствующим инженерным обеспечением, разработка систем автоматического управления условиями синтеза с максимальными скоростями выращивания кристаллов при обеспечении их высокого качества, разработка систем обеспечения безопасных условий работы предприятия. Решение этих вопросов позволило построить и в 1958 г. пустить в эксплуатацию опытный завод по производству искусственных кристаллов кварца в Северном Эндаворо (шт. Массачусетс, США). С пуском завода были частично обеспечены потребности радиоэлектронной промышленности США в синтетическом пьезокварце.
