ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Механизм роста кристаллов из "Модифицированный стальной слиток " И перемещения ступеней (тангенциальный рост). Дл Я атомарно шероховатых граней характерен нормальный рост. [c.61] По величине AFg можно определить степень шероховатости грани растущего кристалла. Как показано, уменьшение разности энтропий кристалла и расплава приводит к увеличению степени шероховатости, а увеличение этой разности — к возникновению гладкой поверхности, где рост осуществляется по механизму образования двумерных зародышей. В металлах значения энтропии плавления мало, поэтому фронт кристаллизации должен иметь шероховатую поверхность. В органических веществах типа салола энтропия плавления велика и поверхность грани растущего кристалла должна быть гладкой. [c.62] Борисов с сотрудниками исследовали влияние переохлаждения перед фронтом кристаллизации эвтектических сплавов на скорость роста кристаллов. Значительные переохлаждения (- 12°С) на фронте кристаллизации наблюдаются в сплаве Sn—Bi. В сплаве Sn—Zn переохлаждение в два—три раза меньше. Скорость роста кристаллов в обоих сплавах увеличивается с повышением степени переохлаждения на фронте кристаллизации. Анализируя полученные результаты, авторы считают, что в исследуемых сплавах осуществляется нормальный механизм роста, связанный с большой плотностью точек роста на грани растущего кристалла. В. Т. Борисов [73, с. 30—38] рассматривает нормальный механизм роста, скорость которого определяется флуктуационной частью плотности точек роста, характеризующей интенсивность обмена атомами между сосуществующими фазами. Плотность точек роста характеризуется вероятностью возникновения за счет флуктуаций локального разрыхления грани кристалла, стимулирующего переход атомов из жидкого в твердое состояние. В работе [70, с. 26—33] В. Т. Борисов предложил модифицированную формулу скорости роста, в которую ввел координационное число для жидкости. При этом он утверждает, что предложенная формула позволяет количественно описать нормальный механизм роста металлических кристаллов, поскольку они имеют малую вязкость и небольшую теплоту плавления. Вещества с высокой вязкостью типа салола кристаллизуются по механизму образования двумерных зародышей на грани растущего кристалла. [c.63] Рост кристаллов по механизму образования двумерных зародышей [72] может осуществляться при достаточно быстром переносе вещества в виде моноатомного пара в изломы критического зародыша. [c.64] Воронков [73, с. 38—45] рассматривает скорость образования двумерных зародышей. [c.64] Оценены АГ на грани растущего кристалла германия (4° С) и критический размер двумерного зародыша (10 атомов). Отмечается, что приближение справедливо с очень большой точностью. [c.64] Каишев [69, с. 296—302] впервые экспериментально наблюдал образование двумерных зародышей при электрокристаллизации серебра на электроде с гранью куба, свободной от винтовых дислокаций. Определены значения напряжения импульсов в электролизере и время ожидания, при которых образование двумерного зародыша происходит в половине числа измерений. [c.64] Предложенная Б. Я. Любовым [49, с. 5—15] теория нестационарного роста кристаллов (механизм формирования двумерных зародышей) позволяет оценить длительность периода и кинетику нестационарной стадии процесса. При быстром изменении условий, в которых развивается фазовое превращение, в частности в случае кристаллизации при резком охлаждении, учет нестацио-нарности процесса весьма важен. [c.64] В работе [77] показано, что на грани могут выходить несколько винтовых дислокаций и рост кристалла будет зависеть от условий их взаимодействия, которое в свою очередь обусловлено расстоянием между векторами Бюр-герса, активностью и знаком дислокаций, скоростью вращения спирали н радиусом зарождения дислокаций. На рост кристалла влияние оказывают не только чисто винтовые дислокации. [c.66] Изучалось также влияние дислокаций на рост монокристаллов и эпитаксиальных пленок. По влиянию дислокаций на кристаллизацию стальных слитков имеются лишь единичные работы. Дислокационный механизм роста кристаллов в стальном слитке должен привлечь особое внимание исследователей, поскольку примесные атомы оказывают огромное влияние на образование и распределение дислокаций. [c.66] Экспериментально показано, что спиральный рост из газовой фазы обусловлен возникновением на равновесных гранях кристалла винтовых дислокаций, на которых образуются пирамиды роста, состоящие из длинных ступеней [72]. Последние закручиваются в спирали. Механизм роста спирали зависит в основном от скорости роста ребер с достаточным числом изломов. Заполнение изломов молекулами происходит непосредственно из газовой фазы. При большом расстоянии между ступенями увеличивается вероятность захвата изломами адсорбированных молекул, в связи с чем скорость роста грани не будет зависеть ни от числа изломов на единицу длины, ни от числа ступеней на единицу поверхности. Источником новых ребер являются винтовые дислокации, создающие на поверхности растущего кристалла винтообразную плоскость. [c.66] Алфинцев, Д. Е. Овсиенко [70, с. 40—53] изучали механизм роста из расплава кристаллов Ga, Bi, Sn в зависимости от переохлаждения на фронте кристаллизации. Установлено, что грани (001) кристалла чистого Ga при Л =0,48°С на фронте кристаллизации не растут. При Д/=0,76°С грань (001) начинает расти со скоростью 1,56-10 м/с. Грань (111) начинает расти только при А 1,10°С. Деформация кристалла Ga путем изгиба или укола растущей грани тонким стеклянным стерженьком приводит к резкому увеличению (примерно в 160 раз) скорости роста граней (001) и (111). Деформированные кристаллы уже растут при Д 0,05°С. Авторы предполагают, что в результате деформации возникают винтовые дислокации в растущем кристалле, в то время как в недеформированном образце рост происходит путем возникновения на грани двумерных зародышей. Скорость роста кристаллов Sn при одинаковых переохлаждениях на границе раздела фаз на несколько порядков больше, чем кристаллов Ga и Bi. [c.67] Следует отметить, что обнаруженный эффект влияния на скорость роста кристаллов деформации и добавок необходимо обсудить дри рассмотрении данных, полученных при применении способа направленной кристаллизации с целью уменьшения структурной неоднородности слитка. [c.68] На основании результатов, полученных при исследовании формы роста кристаллов Ge и Si в зависймости от кристаллографической ориентации затравки, автор работы [78] приходит к заключению, что в переохлаждённом расплаве атомы ассоциируют в группировки. Количество атомов в группировках увеличивается с повышением степени переохлаждения расплава. Одиночные и парные атомы при небольших переохлаждениях увелич и-вают скорость роста грани (111). Грани (НО) и (100) растут медленнее за счет одиночных атомов. При больших переохлаждениях возникают группировки, состоящие из аесоциированных атомов (от 3 до 12 , которые увеличивают скорость роста гранен (110) и (100). Гра.нь (111) при наличии ассоциированных группировок растет медленнее, чем грани (1Ю) и (100). Этот механизм роста, по мнению автора, наиболее вероятен при кристаллизации Ое и Si. [c.68] Элбаум и Б. Чалмерс [71, с. 371—385] исследовали фронт кристаллизации цосле декантирования расплава при частичном затвердевании свинца в лодочке. В зависимости от ориентации расплавляемого монокристалла структура обнаженного слоя состоит из ступенек различного размера и конфигурации. Ширина ступеней изменяется от десятых долей до 10 мем, высота меньше 1 мкм. Обычно вершины ступенек ие гладкие, а выпуклые и состоят из одной или двух спиралей. [c.69] Пелевин, Б. Г. Гирин, Б. Д. Лайнер и др. [73, с. 261—268] наблюдали неустойчивость гладкой поверхности раздела фаз при выращивании монокристаллов ар-сенида галлия, легированного хромом и железом. Установлено, что гладкий фронт кристаллизации арсенида галлия при легировании становится неустойчивым и возникает ячеистая субструктура с выделением второй фазы в виде пластинчатых прослоек. [c.69] Слоистое распределение примесей зависит от скорости роста кристалла и от изменения коэффициентов распределения примесей в жидком и твердом сплаве. К. Моризейн, А. Витт, X. Гейтос [79, с. 251—261] исследовали слоистое распределение малых добавок Те в сплаве In — Sb под воздействием вращения при выращивании кристалла. В кристалле, затвердевающем в стационарном положении, интенсивность слоистости более ярко выражена на периферии, чем в центре. Слоистость в кристалле, выращенном при вращении, выявляется при меньшем количестве примесей и выражена более резко, чем в кристалле, не подвергавшемся вращению. При переходе от периферии к сердцевине каждая полоса вследствие вращения кристалла, по-видимому, расщепляется. Выявленная граница между периферийной и сердцевин ной частями кристалла свидетельствует о резком изменении количества примесей на границе при оптимальной скорости вращения растущего кристалла. При медленном вращении кристалла (до 5 об/мин) слоистость имеет спиральную форму. При увеличении скорости вращения спиральная слоистость не выявляется. [c.70] Природа слоистости, видимо, идентична явлению, названному Уббелоде ритмическим ростом кристаллов, который объясняют различными гипотезами периодическим возникновением пленок расплава на гранях растущих кристаллов, прерывающих их рост наличием в расплаве так называемых антикристаллических кластеров, которые должны диссоциировать на молекулы прежде чем присоединиться к грани растущего кристалла сегрегацией примесей и скоплением дислокаций на фронте кристаллизации и т. д. [c.71] Полосчатость в сталях приводит к возникновению шиферности, резко ухудшающей механические свойства проката. Механизм образования полосчатой структуры Д. Г. Херл [59, с. 303—400] связывает с выстраиванием дислокаций в параллельные ряды, которые можно отождествить с полосчатыми границами. Расстояние между полосами зависит от скорости роста кристаллов, так как образование параллельных рядов дислокаций происходит во времени. [c.71] Вернуться к основной статье