材料合成与制备-课件.ppt

晶体生长的几何淘汰示意图 1、 传统定向凝固技术 （2）功率降低法（PD法） （3）快速凝固法（HRS） （4）液态金属冷却法（LMC法） 3、定向凝固技术的适用范围 1.2.2 提拉法（丘克拉斯基技术） 2、体系 高压釜，上部为晶体生长区，温度较低；下部为饱和溶液生成区，温度较高。 溶夜中生长晶体 饱和曲线（溶解度曲线）： 不饱和区（稳定区）： 降温法 蒸发法 流动法 1. 原理 通过温度梯度，形成过饱和溶液，进行晶体生长。 原理 生长的晶体和多晶棒之间的熔区靠表面张力和重力平衡来维系。 密度小，表面张力大适合该方法。 2、利用该法可以生长熔点极高的材料W单晶，熔点3400 oC。 1、这种方法不需要坩埚，免除了坩埚污染。 相比较水平区域熔化法： 区域熔化技术——基座法 Verneuil法/维尔纳叶法 区域熔化技术——焰熔法 料锤周期性地敲打装在料斗里的粉末原料，粉料从料斗中逐渐地往下掉，落到位置6处，由入口4和入口5进入的氢气氧气形成氢氧焰，将粉料熔融。熔体掉到籽晶7上，发生晶体生长，籽晶慢慢往下降，晶体就慢慢增长。使用此方法生长的晶体可长达1m。 只适合用于手表轴承等机械性能方面。 缺陷： 结晶快 容易产生气孔、位错等缺陷 应力较大 在改型的维尔纳叶生长中除火焰外采用的加热方法还有： 辐射加热 等离子体加热 弧象加热 1、原理 通过温度梯度，在一定压力下，使常压下溶解度很小的物质溶解，形成过饱和溶液，进行晶体生长。 1.2.4 温差水热法 （1）可以制备在熔点附近发生相变时，晶体存在相变的晶体；可以制备极易形成玻璃体的晶体； （2）可以制备熔点温度附近蒸气压较高的晶体； （3）与熔体生长法相比，晶体缺陷更少。 3、特点 （1）需要高压； （2）需要优质籽晶； （3）过程不可视。 4、不足 思考题 1、区域熔化法包括哪几种方法，各自的原理是什么？ 2、温差水热结晶法的原理是什么？ ? 原料 → 加热→ 溶解（迁移、反应）→ 过饱和→ 析出结晶 图2.1 溶解度曲线 过饱和区（不稳定区）： 亚稳过饱和区（晶体生长区）： 不稳和亚稳过饱和区：1897年，Ostwald定义，无晶核存在条件下，能够自发析出固相的过饱和溶液称为不稳过饱和溶液；把不能够自发析出固相的过饱和溶液称为亚稳过饱和溶液。 过饱和度：浓度驱动力Dc，Dc＝c－c*，其中，c溶液的实际浓度，c*同一温度下的平衡饱和浓度； 过饱和比：s，s＝c/c* 谈过饱和度，必须标明温度 晶体不可能生长； 晶体可以生长，但不可能获得单一晶体； 通过籽晶生长可以获得单晶。 稳定区 不稳定区 亚稳过饱和区 从溶液中生长晶体的最关键因素是： 使溶液达到过饱和状态，并在晶体生长过程中始终维持其过饱和度的途径有: 根据溶解度曲线，改变温度； 采取各种方法（如蒸发、电解等）减少溶剂，改变溶液成分； 通过化学反应来控制过饱和度； 用亚稳相来控制过饱和度，即利用某些物质的稳定相和亚稳定相的溶解度差别，控制一定的温度，使亚稳相不断溶解，稳定相不断生长。 控制溶液的过饱和度。 基本原理： 利用物质较大的正溶解度温度系数，在晶体生长过程中逐渐降低温度，使析出的溶质不断在晶体上生长。 关键： 晶体生长过程中掌握适合的降温速度，使溶液处在亚稳态区内并维持适宜的过饱和度。 要求： 物质溶解度较大，且溶解度温度系数不低于1.5g/kg℃ 。 温度控制精度已达±0.001°C 实验证明，微小的温度波动都会造成某些不均匀区域，影响晶体的质量。 b.育晶器必须严格密封，以防溶剂蒸发和外界污染 c. 充分搅拌，以减少温度波动 控制点： a. 掌握好溶液降温速度，使溶液始终处于亚稳过饱和区，保证一定的过饱和度。 将溶剂不断蒸发减少，从而使溶液保持在过饱和状态，晶体便不断生长。 适合于溶解度较大而溶解度温度系数很小或为负值的物质。蒸发法生长晶体是在恒温下进行的。 基本原理 要求： 蒸发法的装置和降温法的不同: 在降温法中，育晶器中蒸发的冷凝水全部回流（因为是严格密封的），而在蒸发法中则是部分回流，有一部分被取走了。 降温法是通过控制降温来保持溶液的过饱和度，而蒸发法则是通过控制溶剂的蒸发量来保持溶液的过饱和度。 对于降温法和蒸发法生长，还应注意以下几点： 生长速度不能过大，随时防止除晶体以外其他地方的成核现象。 晶体在溶液中最好能做到既能自转也能公转，以免晶体发育不良； 正确调整溶液的酸碱度，使晶体发展完美； 2. 体系