Методы получения особо чистых неорганических веществ - Степин Б.Д.
Скачать (прямая ссылка):
2. В качестве объекта для зонной плавки использовать не само очищаемое вещество, а его эвтектическую смесь, характеризуемую более благоприятными значениями к, с веществом, которое после зоной очистки легко удалить.
3. Существует вариант процесса зонной очистки, при котором для удаления трудноотделяемых примесей в расплавленную зону добавляется третий компонент, не взаимодействующий и не сме-
328
шивающийся с основным веществом. В этом случае благодаря «экстрагирующему» действию зоны удается не только эффективно удалить примеси с к, близкими к единице, но и добиться оттеснения примесей с к>\ в конец образца. Таким образом, подобно процессу экстрактивной ректификации, в данном процессе совмещаются два метода очистки — зонная плавка и экстракция. Количественная характеристика процесса зонной плавки с третьим компонентом приводится в работе [34].
4. Удалить примеси с коэффициентом распределения, близким к единице, можно при проведении процесса зонной плавки в соответствующей атмосфере, таким путем, чтобы эта примесь переходила в соединение с высоким давлением пара и улетучивалась.
Все эти приемы рассмотрены на примерах при описании приложения метода зонной очистки к конкретным неорганическим объектам.
ОСНОВНЫЕ ФАКТОРЫ,
ВЛИЯЮЩИЕ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРОЦЕССА
Эффективность зонной очистки во многом определяется рядом факторов, которые необходимо учитывать при конструировании соответствующей аппаратуры и практическом осуществлении процесса.
Среди них — скорость передвижения зоны и варианты ее перемещения, длина зоны, форма и способ расположения обрабатываемого образца, температурный градиент на границе раздела твердой и жидкой фаз.
Как указывалось, обычно скорость передвижения расплавленной зоны выбирается в интервале 0,5—20 см/ч. Конечно, с наибольшим основанием можно выбрать значение скорости кристаллизации, зная зависимость & = /(у). В этом случае можно использовать максимальное значение скорости, при которой & еще сохраняет благоприятное значение. При подборе скорости передвижения необходимо также принимать во внимание следующее соображение: чем ниже симметрия растущих кристаллов, тем меньше величина V.
Если при зонной очистке применять весьма небольшую скорость кристаллизации, точное регулирование температурного режима и монокристаллическую затравку, можно получить не поликристаллический слиток, а монокристалл. При этом имеет место более глубокая очистка, ибо совершенная монокристаллическая структура служит надежной защитой от проникновения атомов или молекул неизоморфных примесей в кристаллическую решетку.
Одно из достоинств метода зонной очистки — возможность многократного прохода расплавленной зоны, которое можно
329
осуществлять как передвижением одного нагревателя относительно образца (илинаоборот),так и передвижением нескольких близко расположенных друг от друга нагревателей (рис. 58) *. Наконец, возможен третий вариант, так называемый возвратно-поступательный способ передвижения. В этом случае образец проходит расстояние й, равное расстоянию между центрами нагревателей, после чего быстро возвращается в исходное положение. При этом происходит так называемый «подхват» зон — первый нагреватель, как эстафету, передает первую расплавленную зону второму нагревателю, который, в свою очередь, вторую зону передает третьему нагревателю и т. д. Таким образом,
2
а ,-----------/_,
Рис. 58. Три способа осуществления передвижения расплавленных зон.
а — Многократное передвижение образца относительно одного нагревателя; 6 — однократное передвижение образца через большое число нагревателей; в — возвратно-поступательное движение образца; / — нагреватель; 2 — образец.
при передвижении образца на расстояние й фактически имеет место один проход расплавленной зоны по всей длине.
Легко видеть, что первый вариант, отличаясь простотой и энергетической экономичностью, невыгоден из-за своей продолжительности. С этой точки зрения, более производительным оказывается второй вариант, при реализации которого, однако, не следует забывать, что в определенные промежутки времени (начало и конец передвижения образца) многие нагреватели «работают» вхолостую. От отмеченных недостатков свободен третий вариант, который особенно ценен при проведении зонной очистки
* Передвижение нагревателя относительно образца обычно применяется, когда имеется один нагреватель. Нагреватель удобнее перемещать и тогда', когда к образцу подводится инертный газ или процесс ведется в вакууме.' При использовании нескольких нагревателей целесообразнее перемешать обрабатываемый образец, а если применяется высокочастотное нагревание, то обычно независимо от числа нагревателей-индукторов перемещают образец.
330
низкоплавких веществ, когда возникает необходимость в размещении между нагревателями интенсивно охлаждаемых холодильников. Возвратно-поступательный способ передвижения дает возможность на 100% использовать энергию как нагревателей, так и холодильников.
Несмотря на это, реальное осуществление возвратно-поступательного способа встречает значительные осложнения, ибо для обеспечения точного «подхвата» все зоны должны обладать идеально одинаковой длиной, что вызывает почти непреодолимые затруднения при регулировании режима работы нагревателей. Поэтому на практике, как было, например, показано В. Н. Вигдоровичем и И.Ф. Черномординым [35], проводившими зонную очистку алюминия, при возвратно-поступательном способе передвижения имеют место значительные отклонения картины распределения примесей от теоретической и понижение эффективности процесса. По этой причине чаще используются установки, работающие в режиме однократного прохода слитка через большое число нагревателей.
