結(jié)晶理論的應(yīng)用實例
結(jié)晶理論的應(yīng)用實例
液態(tài)純金屬和合金的結(jié)晶都是形核和長大的過程，根據(jù)晶體形核和長大的機(jī)制及其規(guī)
律，控制其結(jié)晶過程，就可以獲得特殊組織和性能的材料，從而滿足工業(yè)上對不同性能材
料的要求。以下具體介紹結(jié)晶理論在單晶制備及區(qū)域熔煉中的應(yīng)用。
單晶制備
單晶體是電子和激光技術(shù)中必須使用的重要材料，在金屬的研究中也常常用到單晶體。
單晶體制備的基本原理是設(shè)法使液體結(jié)晶時只有一個晶核形成并長大，它可以是事先
制備好的籽晶，也可以是液體中形成的晶核。在單晶體的制備過程中，嚴(yán)格防止形成多余
的晶核。這就要求材料有很高的純度，以免發(fā)生非均勻形核，還要保證凝固過程中不能達(dá)
到過冷度。單晶可用下面兩種方法制取。
1. 垂直提拉法
這種方法廣泛用于制取電子工業(yè)中所需的單晶硅，原理如圖(a)所示。
先將坩堝中的材料熔化，并使其溫度略高于材料的熔點，將籽晶夾在籽晶桿上，然后
使籽晶桿下降與熔體接觸，坩堝溫度下降的時候，向上提拉籽晶桿同時不斷旋轉(zhuǎn)。這樣
晶核以籽晶為核心不斷長大，形成單晶體。全部操作是在真空或有惰性氣體保護(hù)的環(huán)境中
進(jìn)行的。
2. 尖晶形核法
其原理如圖(b)所示，其特點是先將材料熔化，然后使尖底形的坩堝緩慢退出爐子，
并使尖端首先冷卻，控制冷卻條件，就可以在尖端只形成一個晶核，這個晶核在坩堝出爐
過程中不斷長大，形成單晶體。
區(qū)域熔煉
利用合金鑄造凝固時溶質(zhì)重新分布的規(guī)律，開發(fā)了一種區(qū)域熔煉的金屬提純技術(shù)。區(qū)
域熔煉法可以制取純度非常高的晶體。
區(qū)域熔煉法是利用勻晶結(jié)晶的選分結(jié)晶原理進(jìn)行的。它不是把材料的棒料全部熔化，
而是將棒料從一端順序的進(jìn)行局部熔化。例如應(yīng)用感應(yīng)圈使合金棒加熱熔化一段并從左端
逐步向右端移動，凝固過程也隨之進(jìn)行。當(dāng)熔化區(qū)走完一遍，溶質(zhì)雜質(zhì)逐步向右遷移，使
左端高熔點組元純度提高。經(jīng)過多次重復(fù)，棒左端高熔點組元純度即可達(dá)到預(yù)期結(jié)果，如
圖 所示。
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