Способ определения скорости роста кристаллов из раствора

Союз СоветскихСоциалнстмческихРеспублик ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ии 971922(51) М. Кд. с присоединением заявки Лд С 30 В 9/00 Гооударстакнный комитет(23) Приоритет оо долам изобретений и открытиХ(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ. СКОРОСТИ РОСТА КРИСТАЛЛОВИЗ РАСТВОРА Изобретение относится к области вырашива. ния монокристаллов, в частности к технике определения параметров кинетики процесса выращивания кристаллов из растворов,Известны методы определения скорости роста кристаллов из растворов путем измерения тем или иным способом количества твердой фазы, кристаллнзируюшейся иэ раст. вора за данное время 1).Однако все эти методы при массовой крис таллизацин в больших объемах отличаются низкой точностью, так как весьма трудно следить за изменением размеров всех крис. таллов.Этн недостатки устраняются в способах определения скорости роста кристаллов в малых объемах, например капиллярах. Наиболее близким к предложенному явля- ется способ определения кинетики кристалли-зации из раствора-расплава в капиллярах с регистрацией процесса при помощи оптических и рентгеновских методов, а также измерение скорости роста по изменению объема раствора при кристаллизации, которое фиксируется по изменению уровня раствора в каппилляре 21.Однако применение этих способов для опре. деления скорости роста кристаллов из высокотемпературных (выше 1000 С) растворов невозможно,Растворы для выращивания монокрнсталлов важного класса феррогранатов и феррошпинелей включают соединения свинца (РЬО, РЬГ) и являются непрозрачными как в оптическом, так и в рентгеновском диапазоне частот. Изменение обьема раствора при крнсталли зацин мало, так как для выращивания используются растворы с концентрацией кристаллообразующих компонентов 8 - 1 О мол.%.При выращивании кристаллов иэ таких раст.воров в капиллярах рост происходит не вдольоси капилляра ,как в известных способах выращивания из расплавов, а в радиальном на.правлении, что не может быль зафиксированоизвестными методами.3 971922 4Таким образом, недостатками известных способов определения скорости роста кристалловиэ растворов являются их малая точность идаже невоэможность применения при выращивании кристаллов иэ высокотемпературных растворов,Цель изобретения - повышение точности иускорение измерения.Эта цель достигается тем, что согласно способу определения скорости роста кристаллов 10иэ раствора по выпадению твердой фазы навнутренних стенках капилляра, через капил.ляр пропускают пузырьки газа н по изменению максимального давления в пузырьках судят о скорости роста. 5Способ определения скорости роста кристаллов осуществляют следующим образом.Раствор, состоящий из компонентов раст-ворителя и кристаллообразующих компонентов нагревают до температуры на 30 - 100 С зОвыше температуры начала кристаллизации,при этой температуре раствор выдерживаютдо полной гомогенизации и в него вводяткапилляр, через который подают инертныйгаэ. 25Скорости подачи газа регулируют такимобразом, чтобы через раствор проходило 5 -10 пузырьков в минуту, Давление в системеподачи газа регистрируют микроманометром,Далее раствор охлаждают до температурыниже температуры кристаллизации, содаваязаданное пересыщение, При этом на внутренних стенках капилляра образуются зародыши кристаллов, которые при своем ростеизменяют его внутренний диаметр. За счет35этого происходит увеличение максимальногодавления в газовой пузырьке. Скорость увеличения максимального давления пропорцио-,нальна скорости сужения диаметра капилляра, а следовательно, скорости роста кристаллов. Зависимость скорости роста кристал.лов от давления газа в пузырь з имеет ФО Формула изобретения ВНИИПИ Заказ 8497/11 Тираж 371 Подписное Ю45где б - начальный диаметр капилляра (двэарастания);Р - максимальное давление в газовомОгмОхпузырьке в начальный момент времени; 5 ОР,СХ - максимальное давление в газовомпузырьке через время И.П р и м е р. Определение скорости ростакристаллов иттрий-железистого граната израстворителя РЬО - РЬЕ - ВОз-СаО.55 Шихту состававес,%:,10 з 11,0; Ре, О;15,6; РЬО 39,4; РЬГ 32,2; В 20 з 1,7;СаСОз 0,1, - загружают в платиновый тигель и нагревают в печи до 1250 С, После выдержки в течение 3 ч в раствор вводят платиновый капилляр с внутренним диамет. ром 1,35 мм, через который продувают чис. тый азот. Скорость подачи азота обеспечивает 8 "пробулькиваний" в минуту. Далее раствор охлаждают до 1163 С, при которой пересыщение раствора составляет 0,2%, В мо.мент начала увеличения максимального давления в газовом пузырьке, которое регистрируют по микроманометру ММН, запускаютсекундомер. Увеличение давления регистрируюткаждые 5 мин в течение 30 мин, В результате получены следующие данные: Рща- 115 делений микроманометра (д.м.);Рдцх = 119,5 д.м.; Лт = 30 мин, Скорость роста, определенная по формуле, 54 мкм/ч.Предложенный способ использован при вы. ращивании монокристаллов феррогранатов нз свинцовистых растворов, что позволило оптимизировать. режимы кристаллизации и повысить выход годных для изготовления изделий кристаллов более чем в 1,5 раза, . Технико-экономическая эффективность предлагаемого способа определяется снижением времени измерения от нескольких часо до десятков (20 - 30) минут, и повышениемточности измерения - спосов фиксирует изменение размера кристаллов на 3 - 5 мкм,Кроме этого, способ применим для любыхрастворов, независимо от температуры, концентрации, летучести и токсичности, т,е, является универсальным. Способ не требуетсложного и прецизионного оборудования, дорогостоящих оптических нли рентгеновскихсистем,Способ определения скорости рост крис.таллов из раствора по выпадению твердойазы на внутренней стенке капилляра, о т.л и ч а ю щ и й с я тем, чтос цельюповышения точности и ускорения измерения,через капилляр пропускают пузырьки газаи по изменению максимального давления впузырьках судят о скорости роста,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Тимофеева В. А. Рост кристаллов израстворов-расплавов, М., "Наука",. 1978,2, Проблемы роста кристаллов. М "Мир",1968, с. 50 - 59 (прототип).