ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Очистка фракционированной кристаллизацией из "Металлургия редких металлов Издание 2 " Очистка металлов от примесей фракционированной кристаллизацией основана на различии в растворимости примесей в твердой и жидкой фазах и медленности диффузии в твердой фазе. [c.398] По мере кристаллизации из расплава выделяются кристаллы твердого раствора различного состава. В том случае, когда примесь понижает температуру плавления основного металла. [c.398] Направленная кристаллизация. Сущность способа ясна из рис. 166. Германий плавят в длинной лодочке из графита или кварца, которую медленно выводят из зоны нагрева. Плавку ведут в вакууме или в атмосфере защитного газа (водорода, аргона, азота). [c.399] К — коэффициент распределения примеси между и жидкой фазами. [c.400] Уравнение выведено в предположении, что Д —величина постоянная, диффузия в твердой фазе отсутствует, а в жидкой фазе протекает настолько быстро, что концентрация примеси одинакова во всем объеме расплава. Действительные условия несколько отличаются от идеальных. [c.400] На рис. 167 показано распределение примеси в слитке в зависимости от доли затвердевшего объема слитка при различных значениях коэффициента распределения. Из этих кривых следует, что для эффективной очистки необходимо, чтобы коэффициенты распределения значительно отличались от единицы (/( 1 или К 1). При К — 1 очистка от примеси способом фракционной кристаллизации невозможна. [c.400] Отделяя концы слитка (в которых концентрируются примеси) и проводя повторную плавку слитка, можно достигнуть высокой степени очистки. Однако этот способ имеет ряд недостатков. Выход очищенного металла низкий, так как каждый раз отрезаются кониы слитка. [c.400] Процесс требует большой затраты времени. Поэтому способ направленной кристаллизации применяют лишь для первоначальной очистки германия от примесей и осуществляют в печи, где восстанавливают двуокись германия. [c.401] При этом (в отличие от на- правленной кристаллизации) , объем расплава остается по- стоянным до тех пор, пока расплавленная зона пе достиг нет конца слитка. [c.401] При выводе уравнения приняты те же предпосылки, что и для случая направленной кристаллизации. [c.402] Более глубокая очистка осуществляется многократной кристаллизацией. С этой целью германиевый слиток (стержень) пропускают через ряд последовательно установленных нагревателей (рис. 170). При установлении, например, шести зон нагрева один проход слитка через шесть расплавленных зон эквива-ленген шести последовательным проходам через одну зону. Таким образом, за одну операцию можно провести много циклов очистки без промежуточного удаления части слитка, которое необходимо в случае направленной кристаллизации. [c.402] Зонную плавку германия проводят в кварцевой трубке, в которую помещают лодочку из кварца или графита со слитком германия. Применяют кварцевые трубки диаметром 50—70 мм, лодочки длиной 400—500 мм, диаметром 30—40 мм. Расстояние между нагревателями колеблется от 80 до 150 мм. Нагревателями могут служить либо кольцевые электропечи сопротивления, либо высокочастотные индукторы. Последние имеют следующие преимущества обеспечивается перемещивание расплавленной зоны токами Фуко предупреждается расстекловывание кварца, которое наблюдается при его прямом нагревании до 1100— 1200° С. [c.403] Плавку ведут в вакууме, водороде или азоте. Чтобы не происходила диффузия примеси в твердом слитке, рекомендуется охлаждать участок металла, находящийся между двумя соседними зонами, кольцевыми холодильниками. Движение расплавленной зоны осуществляют перемещением лодочки с германием или нагревателей. Обычно создают зоны длиной 3—5 см. При большей длине зоны может не обеспечиваться выравнивание концентраций примеси в жидкой фазе за счет диффузии. [c.403] Скорость перемещения зоны колеблется от 25 до 350 мм/ч. [c.403] После ряда проходов горизонтально расположенного слитка изменяется его сечение по длине (слиток становится конусообразным). Такой перенос материала расплавленной зоной вызывается изменением объема германия при плавлении. Уменьшение объема расплава (как это происходит в случае германия) приводит к переносу вещества в направлении движения зоны. Для получения слитка однородного сечения кварцевую трубку с лодочкой устанавливают с некоторым наклоном, угол которого определяется отношением плотности твердой и жидкой фаз. Для германия угол наклона составляет 2° (несколько выше тот конец слитка, в направлении которого передвигается зона). [c.403] Эффективность зонной очистки показана на рис. 171. До очистки удельное сопротивление слитка германия изменялось от 7 до 0,3 ом см. После зонной очистки большая часть слитка имеет сопротивление, близкое к собственному сопротивлению германия. [c.403] Вернуться к основной статье