Синтез минералов Том 1 - Хаджи В.Е.
Скачать (прямая ссылка):
0-1 JLz9 = O = ф-1-^-/9 = 0 = 6'-^-//,« I=-J--dp dp др р
Для измерения анизотропии в случае совершенных граней необходимо иметь две зависимости наклона вицинального холмика от пересыщения р (о) и нормальной скорости роста Ф (а) для этого холмика роста. Тогда можно определить кинетический
коэффициент b(p) = . Прямые измерения указанных
зависимостей для случая прокольного или близкого к прокольному роста были выполнены, что позволило получить следующие основные данные. Угол наклона акцессорий холмиков (при синтезе в растворе гидроокиси натрия) прямо пропорционален скорости роста. Одновременно (т. е. с увеличением скорости роста) имеет место рост высоты вицинальных холмиков. К сожалению, указанные количественные данные использованы для измерения
173кристаллов, выращенных в различных растворах и при различных температурах, и не позволяют построить зависимость р (о) или обратную ей.
Рассмотрим общее решение, полученное А. А. Черновым, дающее форму холмиков роста для случая анизотропной кинетики. Если z — z (х, у, t)—уравнение поверхности, a p = az/ox в системе
координат, которую можно представить b(p) = —, где | =
и ф = ft^q-. a 6j = Ь(pi), то P = Pi у вершины холмика. Решение можно записать так:
Л __2фРі - Є 1п_____р* ________ ,
где
2(1-Рр1+Фр?)2 Pj^p2 _4ф
Q2 + 2ф - QcfP + 2фаР1у „ 2(1 — Qp1 + Cfp1V)2 Vq2-4ф In [Q + 2Ф (р - Pl) VQ2 — 4ф ] (Q + VQa - 4ф ) [<? - 2ф (р - P1) + VQ2 — 4ф] (Q - VC2-4ф)
1 у*Ь
О ___2
¦ = ф; Q—параметр анизотропии.
в
Если пересыщение настолько велико, что рост грани определяется вершинами, а анизотропия скорости также достаточно велика, то первоначально плоская или почти плоская грань распадается, на ней появляются ориентации, все дальше отстоящие от средней исходной. Однако такое искривление ведет к возрастанию кинетических коэффициентов и, следовательно, к дальнейшему увеличению неоднородности пересыщения различных участков кристаллов. Именно это и обусловливает лавинообразную потерю устойчивости. При рассмотрении этого процесса понятие больше — меньше фактически относится к величинам параметра
гДе h — некая эффективная высота выступов на кристалле
(? и D — кинетический коэффициент и коэффициент диффузии.
Следует вернуться к экспериментальным фактам, перечисленным в начале раздела. Возникновению прокольного роста способствуют увеличение температуры, уменьшение щелочности, выпадение включений и недостаточность питания. Качественно эти факторы влияют на потерю устойчивости именно в рассмотренном смысле. Однако количественного рассмотрения провести не удается. Наличие перекоса в затравке должно способствовать вырождению потому, что имеющиеся ориентировки поверхности роста ближе к «опасным» ориентациям отдельных участков нижней грани, чем при отсутствии начального перекоса.
174Для умёньшения вероятности зарождения прокольного роста важно учитывать следующие факторы: а) наличие достаточно интенсивной конвенции с малым масштабом турбулентности; б) отсутствие морфологически неоднородных затравок, затравок с перекосами и загрязнения шихты и раствора, что способствует выпадению включений; в) уменьшение пересыщения при сохранении интенсивности массопереноса за счет использования растворов с определенной величиной концентрации солей (щелочей).
Глава 7
РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ГИДРОТЕРМАЛЬНОГО СИНТЕЗА ЮВЕЛИРНЫХ РАЗНОВИДНОСТЕЙ КВАРЦА
Гидротермальный синтез цитрина и других разновидностей окрашенного кварца
Как уже отмечалось, в настоящее время в промышленно развитых странах крупные бездефектные кристаллы кварца для радиоэлектронной техники выращивают в гидротермальных условиях методом температурного перепада в стальных автоклавах, емкость которых может достигать нескольких тысяч литров. В качестве растворителей используют водные растворы гидроокисей и карбонатов щелочных металлов (преимущественно натрия и калия) с массовым содержанием от 3 до 15%. Разработан также способ выращивания кристаллического кварца во фторидных системах с использованием водных растворов фтористого аммония при концентрациях от 5 до 20 %. Синтез проводится в широком интервале давлений (50—2000-IO5 Па) и температур (250— 450 °С). Поскольку большинство из указанных растворителей являются химически агрессивными (особенно при повышенных параметрах), в ряде случаев возникает необходимость защиты внутренней полости автоклавов от коррозии с помощью специально сконструированных футеровок из материалов, устойчивых к воздействию среды. В результате коррозии стенок автоклава, а также растворения шихтового поликристаллического природного кварца в гидротермальный раствор поступают различные ионы, которые захватываются растущими кристаллами кварца. К другому источнику примесей можно отнести также минералообра-зующую среду, включения которой часто обнаруживаются в кварце.
В синтетическом кварце наблюдаются два типа центров окраски, различающихся строением и способом их образования. К первому типу относятся центры окраски, связанные с точечными дефектами и проявляемые в кристалле под воздействием ионизирующего облучения. .Этот тип окраски характерен также для природного кварца. Ко второму типу относятся центры, связанные с примесями ионов-хромофоров, преимущественно железа и кобальта.