Налівкін Михайло Олексійович. Одержання та дослідження умов вирощування градієнтних кристалів твердих розчинів вісмут-сурма

brief description

Налівкін Михайло Олексійович. Одержання та дослідження умов вирощування градієнтних кристалів твердих розчинів вісмут-сурма: дисертація канд. техн. наук: 05.02.01 / НАН України; Інститут монокристалів. - Х., 2003

Налівкін М.А. Одержання та дослідження умов вирощування градієнтних кристалів твердих розчинів вісмут-сурма. Рукопис. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.02.01 матеріалознавство. Національна Академія наук України, Інститут монокристалів, м. Харків, 2003 р.
Дисертація присвячена розробці нового способу вирощування градієнтних кристалів твердих розчинів Bi-Sb з градієнтом параметрів кристалічної решітки уздовж злитка до 1%/см.
Для вирощування градієнтних кристалів використовувались коефіцієнти розподілу Sb, розраховані за моделлю Острогорського-Мюллера. Проведені експериментальні дослідження умов вирощування монокристалів твердих розчинів вісмут-сурма та щільності дислокацій у них. Розраховано щільність дислокацій уздовж зливка. Цей розрахунок вказує на можливість утворення високої щільності дислокацій до 1107см-2у цих монокристалах.
Розроблено спосіб вирощування градієнтних кристалів твердих розчинів методом Чохральського з підживленням розплаву твердою сурмою. Градієнтні монокристали були вирощені зі швидкістю витягування 0,01 мм/хв. Вирощені градієнтні монокристали сплавів вісмут-сурма мали градієнт параметра кристалічної решіткивід 0,661 до 0,972 %/см. Досліджено розподіл Sb методом електронно-зондового мікроаналізу. Рентгенівські виміри міжплощинних відстаней добре погоджуються з експериментальними даними електронно-зондового мікроаналізу. Розподіл Sb уздовж напрямку вирощування був близьким до лінійного. Підвищення висоти розплаву в тиглі на 19% приводить до збільшення числа Релея в 2 рази та істотно поліпшує умови перемішування розплаву. Така зміна висоти розплаву підвищує рівномірність розподілу його компонентів та зменшує неоднорідність розподілу Sb у градієнтних монокристалах.

Досліджено гетерогенну рівновагу в системі вісмут-сурма. Значення ефективного коефіцієнта розподілу сурми, розраховані з використанням моделі Острогорського-Мюллера, зростають від 2,14 до 2,88 із збільшенням вмісту сурми від 1 до 30 ат. % в твердих розчинах. Розрахунок коефіцієнтів активності сурми в наближенні моделі регулярних розчинів показав підвищення активності сурми в рідкій фазі із збільшенням її концентрації, що може обумовлювати збільшення коефіцієнтів розподілу сурми в сплавах вісмут-сурма.
Розроблено методику та пристрій для очищення вісмуту, яка полягає в його краплинному очищенні у вакуумі з наступною спрямованою кристалізацією.
Визначено умови вирощування монокристалів твердих розчинів вісмут-сурма із вмістом сурми до 30 ат. %. Зі збільшенням вмісту сурми градієнт температури у твердій фазі має зростати від 48 до 60 К/см, а градієнт температури в розплаві від 2,5 до 8 К/см.
Проведено дослідження щільності дислокацій від швидкості витягування в монокристалах твердих розчинів вісмут-сурма із вмістом сурми до 11 ат. %. У досліджених монокристалах даних сплавів щільність дислокацій складала від 1,9106до 8,2106см-2. Встановлено, що із зменшенням швидкості витягування монокристалів від 0,05 до 0,02 мм/хв щільність дислокацій знижується на 40 45%.
Розроблено спосіб вирощування градієнтних кристалів сплавів вісмут-сурма методом Чохральського з підживленням розплаву твердою сурмою. У запропонованому способі контрольована зміна вмісту сурми в розплаві досягається шляхом введення в нього живильного злитка сурми із швидкістю від 0,1 до 0,56 мм/хв і підвищення температури на фронті кристалізації від 271 до 296 С. При цьому досягається зміна вмісту сурми в градієнтному монокристалі до 18 ат. %/см.
Вирощені монокристали сплавів вісмут-сурма з градієнтом параметра кристалічної решіткивід 0,661 до 0,972 %/см. Вміст сурми в градієнтних монокристалах вимірювали методом електронно-зондового мікроаналізу. Міжплощинну відстань було обмірювано методами багатокристальної рентгенівської дифрактометрії. Встановлено, що для одержання градієнтних монокристалів даних сплавів швидкість витягування не повинна перевищувати 0,01 мм/хв. Вирощені кристали мають високу щільність дислокацій до 17,4106см2. Зниження швидкості витягування до 0,01 мм/хв сприяє одержанню градієнтних монокристалів з більш досконалою структурою та меншим значенням щільності дислокацій. Збільшення висоти розплаву на 19% дозволяє знизити в 6 разів неоднорідність розподілу компонентів в області з великим вмістом сурми, що, імовірно, є результатом підвищення конвективного перемішування компонентів у розплаві.