Вредность «паразитов» состоит в том, что, питаясь за счет основного кристалла, они нарушают режим снижения температуры и образуют с основным кристаллом всевозможные сростки.
На практике, однако, можно создать условия, исключающие источники «паразитов». Прежде всего, следует предохранить раствор от попадания зародыша извне, для чего на всех стадиях процесса подготовки к кристаллизации и ее проведения должна соблюдаться полная чистота, загруженный же кристаллизатор должен быть герметически закрыт. Источником «паразитов» может стать сама затравка, вводимая в раствор. Чтобы избежать этого, затравочный кристалл предварительно обрабатывают, обтачивают мокрой тряпочкой неровные поверхности на гранях, его углы и
ребра. Возникшая в результате такой обработки на поверхности кристалла тонкая кристаллическая пыль удаляется путем кратковременного опускания кристалла в теплую воду.
Облегчает образование «паразитов» наличие острых краев и выступов во всех предметах, соприкасающихся с раствором. Во избежание «паразитов» не следует допускать соприкосновения кристалла с предметами, имеющими весьма отличные коэффициенты температурного расширения. Слишком быстрое движение кристалла при высоком пересыщении приводит к возникновению «паразитов». Этому способствует также сильная вибрация и местные переохлаждения. В целях исключения источников «паразитов» следует пользоваться чистой солью и дистиллированной водой.
Выращивание больших и совершенных монокристаллов из растворов в исследовательских лабораториях и заводских цехах осуществляется в более сложных и вместе с тем автоматизированных условиях.
Особое внимание уделяется движению раствора и кристалла, необходимому для выравнивания разности пересыщения во весь период роста кристалла. Известно, что монокристаллы растут по-разному при разных движениях кристалла или раствора. Так, нельзя вырастить однородный кристалл однозамещенного фосфата аммония в условиях вращения его в одном направлении. В этих условиях фронтально обмываемые грани растут быстрее, а грани, находящиеся в «тени», испытывающие недостаток в питании, растут дефектно. Поэтому для выращивания монокристаллов NH4H2PO4, как и многих других, применяется реверсивное вращательное движение. На успешный рост кристаллов оказывают влияние также и скорость вращения. Последняя в свою очередь определяется длиной и формой кристаллоносца, вязкостью и количеством раствора, а также формой и размером вращаемых кристаллов. Очень важна правильно выбранная продолжительность остановки между отдельными направлениями вращения оси, во время которой движущийся раствор медленно останавливается. Необходимо, чтобы при повторном разбеге мотора не происходило резких движений. В этих целях иногда используют сложный электронный переключатель.
Одной из разновидностей динамического метода выращивания монокристаллов представляет собой метод, основанный на использовании постоянного пересыщения в растворе системой циркуляции раствора. Два сообщающихся сосуда А и В соединены между собой двумя горизонтальными трубками (рис. 128). Каждый сосуд помещен в собственный водяной термостат, при этом температура Т2 левого термостата выше температуры Т1 правого. В сосуд А подвешен мешочек с растворяемым веществом. Раствор, протекая через сосуд с твердым веществом при температуре Т2, становится насыщенным. Затем он, проходя через сосуд с более низкой температурой Т1 в котором находится кристалл, оказывается пересыщенным. Затраченное на рост кристалла количество
вещества при повторном протекании пополняется за счет запасов вещества и т. д. Раствор приводится в движение турбинной мешалкой. Если необходимо вырастить большой однородный кристалл без правильной внешней огранки, выгоднее поместить затравку на дно кристаллизатора (неоднородность будет наблюдаться у одной грани). Таким образом удалось вырастить очень крупные кристаллы однозамещенного фосфата аммония NH4H2PO4 весом 18 кг приблизительно за 4 месяца.
Важнейшее значение в практике выращивания совершенных монокристаллов придается поддержанию и
программному понижению температуры. При выращивании высококачественных кристаллов колебания температуры раствора должны быть незначительными. Сохранение температуры в данных пределах зависит от чувствительности применяемых регулировочных элементов, от количества раствора для выращивания и от общего устройства кристаллизатора. Задача поддержания и программного понижения температуры успешно решается путем использования термостатов куда помещаются кристаллизаторы с раствором, с контактными термометрами. Устройство и размер термостатов бывают самые разнообразные. Для заводского выращивания кристаллов сегнетовой соли, например, применяется большой воздушный термостат— комната, содержащая до несколько десятков кристаллизаторов. Нагрев осуществляется сопротивлениями, расположенными в полу термостата. Температура регулируется автоматически системой контактных магнитных термометров. Движения руководящих магнитов контактных термометров управляются электронным импульсным датчиком при помощи шагового механизма. Этим путем достигается равномерное падение температуры на десятые доли градуса в сутки.
Динамический метод выращивания кристаллов может быть применим в случае зависимости концентрации раствора от объема растворителя. При этом очень важно поддерживать постоянную температуру насыщения перемешиваемого раствора. Испарение растворителя можно регулировать током сухого воздуха, который проходит над поверхностью раствора, увлажняется и удаляется через отверстие в крышке кристаллизатора. Улучшенный Нейхаузом способ, обеспечивающий постоянное пересыщение в течение недель с точностью до 0,001%, позволяет выращивать кристаллы NaCl особо хорошего качества.
Способы выращивания кристаллов Li2S04*H20 отличаются от других способов этой группы тем, что испарение регулируется с помощью охлаждаемой крышки, на которой конденсируется испаряющийся растворитель, и тут же отводится из системы.
Скачать реферат: