Кристаллизация из расплавов

Бартел И., Буриг Э., Хайн К., Кухарж Л.М.

Металлургия, 1987 г.

Кристаллизация из расплава является важным процессом, воздействие которого испытывает преобладающая часть материалов при их изготовлении, очистке и первичном формообразовании. Особенно велико значение кристаллизации в производстве сверхчистых материалов и в первую очередь в полупроводниковой технике. В книге уделено специальное внимание выращиванию монокристаллов и получению сверхчистых материалов способом плавления, например зонной плавкой.

Важнейшим параметром процесса кристаллизации и целенаправленного использования ее рафинирующего действия, является коэффициент распределения.

Коэффициент распределения по своему физико-химическому определению имеет специфический характер для каждой конкретной пары матрица — примесь (раздел 3). На него влияют условия кристаллизации (раздел 4); он характеризует макрораспределение примесей и легирующих элементов при зонной плавке и выращивания кристаллов из расплава (раздел 5).

Вместе с тем кристаллизация из расплавов — сложный процесс, изучать который можно с различных позиций. С одной стороны, фазовый переход жидкое — твердое сопровождается структурными изменениями: из жидкости образуется кристаллическое тело. Одновременно происходят существенные изменения свойств расплава — вязкости, плотности, электропроводности и т. д. Жидкость и кристалл различаются по своим термодинамическим параметрам. Проявлением этого различия является, например, выделение скрытой теплоты кристаллизации.

С другой стороны, кристаллизация связана с переносом вещества (массопередачей) и с теплопередачей. Различная растворимость примесей в расплаве и кристалле приводит к перераспределению элементов матрицы и посторонних примесей между расплавом и кристаллом.

Основной темой книги являются закономерности макрораспределения имеющихся в системе компонентов, получаемого в результате кристаллизации, теоретический расчет этого распределения и анализ причин его возникновения. Структурные аспекты и изменения свойств, возникающие при кристаллизации, затрагиваются в книге лишь в той мере, в какой это необходимо для понимания распределения примесей в матрице.