Монокристаллы Получение монокристаллов. Зачем нужны Монокристаллы В наше время без монокристаллов нельзя заниматься исследованием структуры и свойств. - презентация

1 Монокристаллы Получение монокристаллов

2 Зачем нужны Монокристаллы В наше время без монокристаллов нельзя заниматься исследованием структуры и свойств металлов и сплавов, механизмов пластической деформации и разрушения, исследовать природу межатомной связи в металлах, сплавах и соединениях. Изучение топологии поверхности Ферми требует получения высокочистых и совершенных металлических монокристаллов. Работа с высокочистыми и монокристаллическими материалами позволяет обнаружить новые свойства, которые не проявляются на аналогичных поликристаллических объектах. Сегодня монокристаллы металлов, сплавов и соединений не только уникальные объекты исследований в области физики твердого тела, но и реальные материалы новой техники, которые в ряде случаев уже нашли практическое

3

4 . Получение монокристаллов Метод зонной плавки Пфанна Рекристаллизационные методы Плазменное выращивание монокристаллов боридов, карбидов Получение монокристаллов магнитотвердых сплавов Получение нитевидных кристаллов и пленок

5 Метод зонной плавки Пфанна эффективно используется для получения металлических монокристаллов в широком диапазоне температур плавления. В зависимости от тугоплавкости материала осуществляется косвенный, индукционный или электронно-лучевой нагрев. Метод бестигельной электронно-лучевой зонной плавки нашел наибольшее применение для выращивания монокристаллов тугоплавких металлов, многих их сплавов и соединений. Он позволяет избежать использования тиглей, реагирующих с расплавами тугоплавких металлов, осуществить тонкую регулировку теплового режима и высокотемпературный нагрев металла. При получении монокристаллов тугоплавких металлов методом электронно-лучевой зонной плавки наряду с эффектом зонной очистки исключительно большое влияние на удаление примесей оказывают так называемые вторичные процессы. Металлические примеси удаляются как за счет эффекта зонной очистки, так и прямым испарением, а примеси внедрения - путем дегазации (в виде СО, СО2, CН4 Н2, N2 и т.д.).

6

7 Рекристаллизационные методы получения металлических монокристаллов требуют использования исходных металлов высокой чистоты или легированных микропримесями, стимулирующими направленный рост кристаллов в твердой фазе. Преимущества - возможность получения монокристаллов полиморфных металлов, например, РЗМ. При использовании этого метода исходный материал медленно и по возможности равномерно деформируют на несколько процентов, после чего нагревают, чтобы вызвать рост зерна. Для получения больших монокристаллов металл пропускают через зону с резким температурным градиентом. Благоприятно ориентированное зерно продолжает рост в направлении температурного градиента.

8

9 Плазменное выращивание монокристаллов боридов, карбидов Бориды и карбиды представляют значительный теоретический и практический интерес, обусловленный их специфическими физико-химическими и механическими свойствами. Особый интерес могут представлять крупные монокристаллы, перспективным методом получения которых является метод плазменно-дуговой плавки. Этим методом были получены монокристаллы диборидов Ti, Zr и Nb диаметром до 15 мм и длиной до 150 мм. Высокая чувствительность монокристаллов указанных соединений к тепловым ударам требует при реализации метода использования плазматрона комбинированной схемы (с косвенной и прямой дугой) с магнитной системой регулирования радиального термического градиента плазмы, а также применения экранирующей печи в рабочей камере установки

10 Получение монокристаллов магнитотвердых сплавов В ряде отраслей промышленности, особенно в электротехнике, значительно возросла потребность в монокристаллических магнитах из сплавов типа ЮНДК35Т5АА. Преимущество их заключается в значительно большей (в 2 с лишним раза) максимальной удельной магнитной энергии, чем у поликристаллических магнитов из того же сплава, и в возможности реализации этих свойств в трех взаимно перпендикулярных направлениях, совпадающих с кристаллографическими осями. Монокристаллические магниты обладают уникальной, наивысшей среди всех классов магнитотвердых материалов, температурной и временной стабильностью. В середине 70-х годов были спроектированы и изготовлены специализированные промышленные многопозиционные установки "Кристаллизатор-201" и "Кристаллизатор-203" для выращивания монокристаллов магнитотвердых сплавов. В этих условиях используется видоизмененный метод Бриджмена

11 Получение нитевидных кристаллов и пленок Метод кристаллизации из газовой фазы (сублимация - кристаллизация) применяется для получения тонких пленок и нитевидных кристаллов - усов. Металлические усы выращивают, в основном, в исследовательских целях. Промышленно выращивают нитевидные кристаллы тугоплавких соединений (карбидов типа В4С, SiC, оксидов типа Аl203; Si02), которые применяют в качестве упрочняющих элементов в композиционных материалах. Схема получения металлических усов в лабораторных условиях показана на рис. 11. В вакуумированную капсулу помещают порошок исходного материала и нагревают до температуры сублимации. Образовавшийся в результате пар поступает в холодную зону капсулы и конденсируется на стенках в виде усов. Иногда пары транспортируются газом-носителем: аргоном, азотом или воздухом, если материал не окисляется. Кристаллография нитевидных кристаллов довольно однообразна - ось дендритного роста совпадает с осью кристалла

12 Кристаллы Ниобата Лития, благодаря своим пьезоэлектрическим, электрооптическим и акустооптическим свойствам широко используются в современной электрооптике и лазерной технике в качестве: Элементов интегральной оптики; Электрооптических элементов для затворов и других устройств управления лазерным лучом; Нелинейных оптических устройств, таких как умножителей частоты лазерного излучения; ПАВ фильтров и т.д.