7. Механізм і кінетика росту кристалів з рідкої і твердої фаз.
Як будь-який фізико-хімічний процес, кристалізація характеризується статикою, кінетикою і динамікою.
Статика кристалізації визначає умови рівноваги між кристалами та міжкристальним розчином, а також зв'язок між початковими і кінцевими параметрами процесу.
Кінетика кристалізації визначає швидкість переходу речовини з рідкої фази у тверду за заданих умов.
Динаміка кристалізації визначає характер зміни параметрів системи протягом певного часу в разі змінення умов процесу (температури, концентрації, в'язкості тощо).
Кристалізація відбувається внаслідок обмеженої розчинності речовини в розчиннику. Рушійною силою кристалізації є різниця концентрацій розчиненої речовини в пересиченому розчині та на межі поділу фаз.
Кінетика процесу кристалізації
Кінематичні
криві кристалізації
Процес кристалізації складається з двох стадій: зародження (генерація) частинок твердої фази (центрів кристалізації ) та подальше їх зростання. Кожна із цих стадій певною мірою визначає кінетику процесу в цілому. На рис. 3 зображено кінетичні криві кристалізації за різних умов проходження процесу. Крива відповідає ізогідричній кристалізації в умовах охолодження розчину, крива 2 — ізотермічній кристалізації, що бере початок у лабільній зоні; крива 3 — ізотермічній кристалізації із метастабільних пересичених розчинів. Протягом часу , відбувається підвищення концентрації розчину і створюється потрібне пересичення. Період — час утворення зародків кристалів, — час росту кристалів. Усі ці криві відповідають умовам кристалізації без підживлення системи свіжим розчином. Якщо ж у систему додати свіжий розчин (підкачка) з одночасним випарюванням розчинника, то падіння пересичення затримується і з цього моменту () крива 3 перейде в криву 4.
Для процесу кристалізації основними є періоди утворення зародків кристалів та росту кристалів, тому кінетику кристалізації достатньою мірою характеризують двома величинами: швидкістю кристалоутворення і швидкістю росту кристалів.
8. Напівпровідникові сполуки типу А3В5 та тверді розчини на їх основі: основні властивості та застосування в електроніці.
9. Обмежені тверді розчини. Діаграми стану двокомпонентних систем з обмеженими твердими розчинами евтектичного типy.
Якщо атоми однієї речовини заміщуються атомами іншої речовини в широких межах, враховуючи повне заміщення власних атомів, то утворюється неперервний ряд твердих розчинів. Неперервні тверді розчини утворюються, як правило, між ізоструктурними речовинами. Проте взаємне заміщення атомів у кристалічній структурі не обовязково повязане з ізоструктурністю.
Поширенішим є випадок, коли розчиняються не ізоструктурні і навіть не ізоморфні речовини. При цьому спостерігається взаємне заміщення атомів тільки в певних межах, а самі розчини носять назву обмежених твердих розчинів.
Розглянемо діаграму стану сплаву обмежений твердий розчин. Такі діаграми бувають з евтектичним перетворенням, яке відбувається так, як в сплавах механічна суміш і перитектичним перетворенням. Розглянемо сплав з евтектичним перетворенням. (Рис. 4.4).
Рис. 4. Діаграма стану сплаву обмежений твердий розчин з евтектичним перетворенням.
Лінія ліквідус – крива асв, лінія солідус – крива акслв. Процеси, що відбуваються при охолодженні аналогічні процесам, які мають місце при охолодженні сплаву механічна суміш, за виключенням того, що з рідини будуть виділятися не кристали чистих компонентів, а твердих розчинів на основі цих компонентів, тобто a і b. Розглянемо більш детально сплав І-І. В області 1-2 появляться кристали твердого розчину на основі кристалічної гратки компоненту А, які позначаються a. В області 2-3 вся рідина закристалізувалась і утворився однофазний твердий розчин a. Крива км показує максимальну розчинність компоненту В в компоненті А, яка зменшується при знижені температури. Нижче т.3 надлишок компоненту В буде виділятися в вигляді кристалів твердого розчину компоненту А в компоненті В, тобто b. Таким чином, нижче т. 3 буде знаходитись область існування кристалів a і b. Для всіх сплавів розташованих лівіше т.м кінцева структура буде складатися з одних кристалів a-твердого розчину. Аналогічно для сплавів, що знаходяться між т.л та н надлишок компоненту А буде виділятися з b- твердого розчину в вигляді кристалів a, а для сплавів, що знаходяться правіше т.н будемо мати однофазну структуру b- твердого розчину. Для сплавів, що знаходяться між т.к та л відбувається евтектичне перетворення з утворенням з рідини одночасно механічної евтектичної суміші кристалів твердих розчинів: L=(a+b) і кінцева структура буде складатись з кристалів евтектики та b або a- твердих розчинів.