Введение в физику кристализации металлов - Вайнгард У.
Скачать (прямая ссылка):
Если металл обладает ярко выраженной анизотропией роста в определенных направлениях, то это может быть использовано для получения затравок при выращивании достаточно длинных образцов; другие кристаллы будут вытеснены так, как показано на фиг. 69. Кристалл С должен был бы вытеснить все остальные, 140
Г лава 10
можно получать монокристаллы квадратного, прямоугольного или круглого сечения; сечение монокристалла определяется формой контейнера. Разъемный контейнер должен быть достаточно длинным для того, чтобы вывести усадочную пористость в верхнюю часть образца. Затравка, если она используется, должна быть весьма
тщательно установлена в контейнере, чтобы предотвратить протекание металла между затравкой и контейнером. Этим методом при использовании высококачественных длинных контейнеров можно получать очень тонкие кристаллы.
Существенным недостатком данного метода является то, что фронт кристаллизации не виден в процессе затвердевания; это делает процесс получения затравок более сложным. Этот недоста-
Л„ -о г ток может быть частично
Фиг. 72. Схема установки для .
выращивания монокристаллов ме- преодолен установкой тодом Бриджмена. термопар в контейнер для
измерения температур и определения таким образом положения фронта кристаллизации. Однако главным недостатком этого метода является то, что в нем трудно вырастить монокристалл с заданной ориентировкой; это связано со сложностью правильной установки затравки. Вопрос о выращивании монокристаллов с заданной ориентировкой будет рассмотрен ниже в настоящей главе.
§ 3. Метод Чохральского
При наличии затравки для получения монокристаллов может быть использован метод Чохральского. На фиг. 73 приведена принципиальная схема этого метода.
/
. Проволока к мотору
о о о о о о о о
LJ
-Форма для образца
_ Витки нагревателя
. Разъемнош контейнер Воіращивание монокристаллов из расплава
141
Затравка погружается в контейнер с жидким металлом и затем вытягивается вверх так, что рост кристалла происходит от затравки по направлению к жидкому металлу. Главным достоинством этого метода является то, что граница раздела между твердой и жидкой фазами не касается контейнера и поэтому со стороны контейнера не оказывается какое-либо влияние на металл при
Фиг. 73. Схема установки для выращивания монокристаллов методом Чохральского.
его расширении или сжатии. К недостаткам этого метода можно отнести то, что поперечное сечение образца обычно изменяется в процессе вытягивания, так как скорость вытягивания и температура ванны не могут быть поддержаны строго постоянными.
§ 4. Выращивание монокристаллов с заданной ориентировкой
Для получения кристаллов с заданной ориентировкой необходимо при их выращивании использовать затравку. Например, предположим, что имеется монокристалл 142
Г лава 10
металла с гранецентрированной кубической решеткой, ориентированный так, что плоскость грани куба (100) составляет угол 20° с осью образца (фиг. 74). Если необходимо получить монокристалл с плоскостью (100), лежащей в горизонтальной плоскости образца, то проще
Плоскость (ЮС)
Фиг. 74. Плоскость (100) составляет угол 20° с осью образца.
всего это осуществить, используя метод Чалмерса. Затравка помещается в лодочку таким образом, чтобы плоскость (100) была расположена горизонтально, затем в лодочку добавляется металл, как показано на фиг. 75.
Затравка
Плоскость (Юо)
Металл
Tl
Графитовая подставка
Контейнер
Фиг. 75. Затравка установлена таким образом, что плоскость (100) расположена горизонтально.
Обычно затравка не закрепляется, если углы поворота сравнительно малы, но это необходимо сделать при больших углах поворота. После того как затравка и металл помещены в контейнер, производится установка печи; печь располагается так, чтобы расплавить весь металл и конец затравки. После соединения расплавов металла и затравки печь приводится в движение в обратном направлении; при этом начинается рост кристаллов от затравки. В рассматриваемом случае (фиг. 75) плоскость (100) в образовавшемся кристалле будет рас- Воіращивание монокристаллов из расплава
143
положена параллельно оси образца и затравка может быть отделена от полученного монокристалла одним из рассмотренных выше методов.
Получение монокристаллов с заданной ориентировкой легко осуществимо при использовании методов Чалмерса и Чохральского, но является весьма сложным при использовании метода вертикального контейнера, так как в этом случае затравка должна помещаться в нижнюю часть столба жидкого металла.
§ 5. Выращивание бикристаллов с заданными ориентировками
Бикристалл представляет собой образец, содержащий два монокристалла и имеющий, таким образом, одну границу между ними. Бикристаллы могут быть легко
Фиг. 76. Использование охладителя для изменения угла между фронтом кристаллизации и осью образца.
получены методом Чалмерса. Затравки помещаются рядом в лодочке, лодочка наполняется металлом, и после того, как произошло расплавление и слияние расплавов затравки и металла, начинается движение печи с заданной скоростью. Если два кристалла ориентированы симметрично по отношению к оси образца, то обычно не представляет большой трудности получить бикристалл с границей раздела, расположенной параллельно оси образца.
