3. Факторы, влияющие на облик кристаллов

Рисунок 2.4 – Выращивание кристалла

В связи с выделением тепла при кристаллизации в процессе роста кристалла на затравке, вблизи растущего кристалла повышается температура и таким образом понижается концентрация растворенного вещества, т.е. его концентрация в дворике кристаллизации. Изменение плотности приводит к появлению концентрационных потоков, которые существенно влияют на форму кристаллов. Кристалл сбоку и сверху омывается менее насыщенными струйками концентрационных потоков (рис. 2.4). Поэтому снизу кристалл растет наиболее быстро, сбоку менее интенсивно, а сверху – наиболее медленно. Следовательно, вместо правильных многогранников образуются уплощенные или вытянутые в определенных направлениях. Ослабить действие концентрационных потоков можно путем перемешивания раствора или вращения кристалла.

Другие факторы, влияющие на рост кристаллов:

• наличие примесей;

• степень пересыщения раствора – чем она больше, тем больше скорость роста кристалла и тем менее совершенный кристалл;

• воздействие различных электромагнитных полей;

• температура;

• наличие соседних кристаллов и т.д.

В ненасыщенных растворах рост кристаллов прекращается, а при дальнейшем понижении концентрации - происходит их растворение, причем в первую очередь растворяются вершины и ребра, кристалл приобретает округлую форму. Если его поместить в раствор его же соли – он воссоздает форму, заложенную в него природой (этот процесс называется регенерацией). На регенерации основаны многие промышленные методы выращивания кристаллов.

3. Практическое значение кристаллизации растворов в технологии силикатов

Практическое значение кристаллизации растворов в силикатной технологии заключается в следующем:

• особенно важно для правильного понимания процесса твердения вяжущих веществ и управления им;

• для изготовления особо ответственных керамических материалов (сегнетоэлектрическая, магнитная керамика и др.), оптических стекол; например, вместо традиционного смешивания тонкомолотых компонентов исходной шихты получают смесь растворенных соединений соответствующих компонентов и воздействием на эту смесь специально подобранных реагентов-осадителей получают тонкодиспергированную, хорошо гомогенизированную шихту;

• выращивание тугоплавких веществ из растворов гидротермальным синтезом и т.д.

2.5 Кристаллизация из расплавов и стекол

Зародышеобразование – процесс возникновения областей с более дальним порядком расположения атомов, чем это характерно в целом для расплава или стекла.

Различают следующие виды зародышеобразования:

г омогенное	г етерогенное
За счет флуктуаций плотности (перераспределения частиц) в отдельных точках расплава происходит сближение атомов и образование группировок с кристаллоподобной структурой (зародыши)	За счет присутствия в расплаве частиц другой фазы (затравки)

Процесс кристаллизации зависит от следующих факторов:

1. Скорость зарождения центров кристаллизации характеризуется числом зародышей, образующихся в единице объема за единицу времени при постоянной температуре.

2. Линейной скорости роста кристаллов – скорости, с которой перемещается граница между расплавом и закристаллизовавшимся веществом в направлении, перпендикулярном границе.

Практическое значение кристаллизации расплавов и стекол:

• это основной процесс в технологии каменного литья, плавленых огнеупоров, цементов;

• на нем основана технология получения монокристаллов тугоплавких веществ: корунд (сапфир, рубин), диоксида циркония (фианит);

• управляемая (направленная) кристаллизация реализуется в технологии ситаллов (стеклокристаллических материалов).

Производство последних включает – приготовление стекла, которому придают форму и подвергают регулируемой термообработке.

Рисунок 2.5 – Графическое изображение режима термообработки

Режим термообработки включает несколько этапов (рис. 2.5):

1 – повышение температуры до t₁ – выдержка; при данной температуре максимальная скорость образования зародышей кристаллизации;

2 - повышение температуры до t₂ – выдержка; при данной температуре максимальная линейная скорость роста кристаллов.

В результате - в готовом изделии до 85% кристаллической фазы, остальное – стеклофаза. Таким образом, можно достичь особых свойств, например, высокой термостойкости за счет низкого ТКЛР (температурного коэффициента линейного расширения) выделяемых кристаллов.