Вирощування кристалів з розчину в розплаві
Як легкоплавких флюсів використовують зазвичай PbO (886oC), PbF2 (824), B2O3 (450), Bi2O3 (817), V2O5 (670) і ін. Кристалізація відбувається при охолодженні нижче точки насичення. Основними перевагами методу є те, що кристалізацію можна проводити значно нижча за температуру плавлення одержуваного матеріалу. Недоліки: забруднення елементами флюсу, необхідність в дуже точному регулюванні температури, використання дорогих платинових і ін. Матеріалів тиглів.
Принципова схема установки для вирощування кристалів з розплаву в розчині:
1 - кристаллизационная піч,
2 - Цилліндрічеській карборундовий екран,
3 - нагрівальні сілітовие стрижні,
4 - під печі, 5 - тигель,
6 - пристрій для вертикального переміщення,
7 - пристрій для реверсивного обертання,
9 - контрольні термопари.
До флюсів ставляться такі вимоги: вони не повинні бути летючими і токсичними, по можливості мінімально входити до складу монокристалів (якщо не є їх компонентами), повинна бути помірна в'язкість розплавів.
Наприклад, для вирощування кристалів феррогранатов (ЖИГ) беруть шихту, що містить в Мольн. %: 10 Y2O3, 20,4 Fe2O3, 36,8 PbO 27,1 PbF2, 5,5 B2O3. Склад кристалізується цільового продукту Y3Fe5O12 не відповідає по співвідношенню концентрації основних компонентів складу розплаву, як і в разі кристалізації феритових кристалів з розчину, який був розглянутий нами вище. Процеси зростання монокристалів при реалізації їх технології підкоряються, власне кажучи, тим же основним термодинамічних і кінетичних закономірностей, що і синтез порошкових і плівкових матеріалів. Так найважливішим фактором є високотемпературна фазову діаграму компонентів шихти в області ликвидуса і солідусу. Зростання кристалів протікає через виникнення зародків, які можуть в залежності від температури і хімічних потенціалів компонентів розчинятися або рости далі, тобто можуть володіти критичними розмірами і т.д.
За цим варіантом температура витримки розплаву 1250-1300оС (15 годин), швидкість охолодження після цього до кристалізації 0,3-0,5 град / год. Кристалізацію припиняють при 950-1000оС і видаляють залишився розплав, отримані кристали очищають шляхом кип'ятіння в азотній кислоті. Швидкість обертання тигля при вирощуванні 20 об / хв, обертання здійснюють 15 з в одну сторону і 15 з в іншу з 5-секундною паузою.