Зонная плавка и другие методы очистки

В последнее время интерес к влиянию малых количеств приме-сей на свойства чистых металлов постоянно возрастает и в этой области появляется все большее количество работ. Примеси играют важную роль в исследованиях, связанных с физикой металлов. Они образуют точечные дефекты особого вида и способны взаимО действовать с другими дефектами решетки, которые определяют многие из свойств металлов. Следовательно, получение металлов высокой чистоты имеет очень большое значение. С одной стороны, это позволяет проводить исследование дефектов решетки в простых условиях в результате устранения взаимодействия с примесями. С другой стороны, влияние примесей на свойства может изучаться на сплавах, состав которых известен совершенно точно благодаря использованию металлов высокой чистоты. Значительный успех в получении чистых металлов связан с применением метода, получившего название зонной плавки. Этот метод, основанный на раз личной растворимости примесей в твердой и жидкой фазах, оказался весьма плодотворным, поскольку позволил получать металлы с содержанием примесей 10 % и менее. Чтобы эффективно использовать этот метод очистки, исследователь должен иметь в своем распоряжении аналитические способы определения столь малых количеств примесных элементов, а также очень быстрые методы контроля, позволяющие следить за процессами очистки. В рассматриваемом интервале концентраций примесей особый интерес представляют такие методы их определения, как радиоактивационный анализ и измерение остаточного электросопротивления. [c.431]

Другой метод очистки металлов — метод зонной плавки (точнее, метод зонной перекристаллизации). [c.67]

Процесс зонной плавки в некотором новом варианте с электронно-лучевым или индукционным нагревом был применен недавно для очистки пруткового ниобия и подобных металлов в промышленном масштабе и была показана возможность удаления последних следов таких примесей, как углерод, кислород и азот, в непрерывно охлаждаемой системе. Указывается на возможность применения подобного же метода для очистки прессованных из порошка прутков тантала. Последняя конструкция электронно-лучевого нагрева — применение двух катодов одного с фокусировкой на прутке, другого на лужице расплавленного металла. [c.526]

При зонной плавке процесс очистки можно повторять многократно, не извлекая из установки слиток. Кроме того, при этом можно осуществлять последовательное движение одного за другим нескольких нагревателей, создающих в слитке ряд следующих одна за другой расплавленных зон. Отсюда следует, что метод вытягивания менее производителен, чем метод зонной плавки. [c.181]

Метод зонной плавки наряду с широким применением для глубокой очистки материалов используется при выращивании монокристаллов полупроводников и диэлектриков. Если при нормальной направленной кристаллизации исходный слиток делится на две части жидкую и твердую (см. рис. 5.4), то при зонной плавке расплавленная зона делит слиток на две твердые части (рис. 5.6). Расплавленная зона (или зоны) обычно создается при помощи высокочастотного индуктора. Движение зоны приводит к расплавлению кристалла с одной стороны зоны и кристаллизации - с другой. На начальном этапе для получения монокристалла используют монокристаллическую -затравку. [c.319]

СОВ перекристаллизации из расплава. Принцип очистки при затвердевании расплава ясен из описанного выше характера распределения примеси между расплавом и кристаллом. Если коэффициент распределения к>, примесь вытесняется из кристалла, который становится чище расплава. Если ксА, кристалл более загрязнен, чем расплав. В обоих случаях такой характер распределения можно использовать для очистки очистка невозможна только, если =1. Чем больше величина к отличается от единицы, тем эффективнее разделение. Детали метода зонной плавки можно видеть из рис. 95, в. Незначительная область загрязненного кристаллического стержня, расположенного в лодочке горизонтально или вертикально, как в методе плавающей зоны, плавится от тепла внешнего источника. Расплавленная зона медленно передвигается вдоль стержня от одного конца к другому процесс повторяют столько раз, сколько необходимо. При <1, когда расплав обогащен примесью, она проходит каждый раз через весь стержень и накапливается на другом конце. Многократное проведение расплавленной зоны от одного конца к другому будет все более очищать кристалл независимо от величины первоначального загрязнения, потому что расплав всегда богаче примесью, чем кристалл. При > 1 примесь будет концентрироваться в начальном участке стержня. Распределение примесей по стержню после первого цикла очистки определяется выражением [c.213]

Методы очистки могут быть физическими либо химическими. Физические методы включают дистилляцию, сублимацию, испарение летучих примесей, рекристаллизацию из расплава, фракционную кристаллизацию, электролиз жидкостей или твердых веществ, жидкостную экстракцию, хроматографию, ионный обмен. Важнейшим из них и наиболее общим является предложенный Пфанном метод зонной плавки— частный метод перекристаллизации из расплава (далее мы обсудим его). Все остальные методы полезны в тех случаях, когда зонная плавка неэффективна, или же они используются в сочетании с методом зонной плавки. Эта область открывает простор для проявления изобретательности, здесь можно применить также такие современные методы, как ионный обмен и хроматография, не получившие пока широкого распространения в этой области. Например, проблема получения сверхчистого никеля с соотношением N1 Ре или N1 Со, равным 10 1, давно ждала своего решения. Вследствие сходства физико-химических свойств всех трех металлов зонная плавка была неэффективной, хотя этим методом удается хорошо очистить никель от всех других примесей. При такой концентрации железо и кобальт препятствуют исследованию энергетических зон никеля по причинам, аналогичным указанным в разд. 4.1 (так как примесные атомы действуют как центры рассеяния электронов). Однако в аналитической химии развиты методы ионообменного разделения железа, кобальта и никеля. Если железо и кобальт отделить от никеля этим способом в водном растворе соли, а затем никель электролитически осадить и подвергнуть зонной плавке,. с тем чтобы отделить от других элементов, то можно получить металл высокой степени чистоты с содержанием примесей железа и кобальта в десять —сто раз меньшим, чем при любых других доступных методах очистки. [c.212]

Зонную плавку применяют и для очистки кремния, но так как он реагирует с графитом, процесс осуществляют бестигельным методом в инертной среде, поддерживая вертикально расположенный слнток с помощью зажимов по концам. Узкая зона плавления удерживается силами поверхностного натяжения (рис. 13.7-, б). Помимо высокочастотного могут быть использованы и другие методы зонного нагревания. [c.183]

В промышленности металлы получают различной чистоты в зависимости от технологии, но концентрация примесей в них редко бывает ниже 10 %. Однако для развития полупроводниковой техники потребовались материалы, содержание примесей в которых значительно меньше этой величины. Необходимый уровень содержания примесей может быть достигнут с помощью такого физического метода очистки, как фракционная кристаллизация. Этот метод, предложенный Пфанном [74], был назван зонной плавкой. Путем зонной плавки была достигнута очень высокая чистота полупроводниковых материалов, после чего этот процесс был с успехом применен для очистки алюминия [23], а впоследствии и других металлов галлия [33], висмута [83 циркония [48, 50], олова [8], урана [4, 5], железа [93, 24], свинца [19], меди [55] и т. д. При использовании соответствующей технологии зонная плавка может служить способом очень глубокой очистки. Мы коснемся здесь только тех ее приложений, которые позволяют изучать влияние примесей на свойства металлов. Для детального ознакомления с процессом зонной плавки и различными ее возможностями следует обратиться к книге Пфанна [105] (см. также выше, гл. IV, разд. 3). [c.432]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...