Increasing the Crystallization Rate during the Growth of Quartz Single Crystals

 
PIIS086956520000755-3-1
DOI10.31857/S086956520000049-6
Publication type Article
Status Published
Authors
Affiliation: Kurnakov Institute of General and Inorganic Chemistry of the Russian Academy of Sciences
Affiliation: Kurnakov Institute of General and Inorganic Chemistry of the Russian Academy of Sciences
Affiliation: Lomonosov Moscow State University
Affiliation: Kurnakov Institute of General and Inorganic Chemistry of the Russian Academy of Sciences
Affiliation: Kurnakov Institute of General and Inorganic Chemistry of the Russian Academy of Sciences
Affiliation: Kurnakov Institute of General and Inorganic Chemistry of the Russian Academy of Sciences
Journal nameDoklady Akademii nauk
EditionVolume 481 Issue 1
Pages45-46
Abstract

   

Keywords
Received02.09.2018
Publication date13.09.2018
Number of characters4431
Cite  
100 rub.
When subscribing to an article or issue, the user can download PDF, evaluate the publication or contact the author. Need to register.
Размещенный ниже текст является ознакомительной версией и может не соответствовать печатной
1

В настоящее время для выращивания монокристаллов кварца осуществляется гидротермальным способом, позволяющим получать кристаллы, пригодные для наплава прозрачного кварцевого стекла. Максимальная скорость роста кристаллов 0,35 мм/сутки [1-2].

2

При гидротермальном выращивании искусственных монокристаллов кварца всегда желательно повысить скорость роста кристаллов в рамках используемых технологических параметров процесса, чтобы увеличить экономическую отдачу дорогостоящего оборудования. Однако, как правило, применение способов выращивания, позволяющих увеличить скорость роста кристаллов, влечет за собой повышение содержания примесей, что, естественно, сужает область применения полученных монокристаллов [3-5].

3

Так, при использовании способов гидротермального выращивания кристаллов кварца из содово – щелочных водных растворов с добавками соединений свинца (оксида, гидроксида или карбоната) или бария (гидроксида или карбоната) скорость роста кристаллов в стандартных технологических условиях повышается до 0,6 – 0,8 мм/сутки, однако область применения получаемых монокристаллов ограничена ввиду повышенного содержания примесей [3]. В частности, эти кристаллы нельзя использовать для плавки прозрачного кварцевого стекла  за счет высокого содержания примесей бария и свинца.

4

В настоящей работе предлагается новый способ увеличения скорости роста монокристаллов кварца, заключающийся в использовании в качестве активаторов поверхностно-активных веществ: полиэтиленамина, тетраметиламмониевого основания и полиэтиленимина, добавляемые к содово – щелочному раствору стандартной концентрации.

5

Опыты проводились в лабораторных автоклавах, изготовленных из стали марки 45ХМНФА объемом около 20 см3 при температуре зоны растворения 360°С. На дно автоклава в специальном сетчатом стакане помещалась шихта – природный жильный кварц. Зона растворения отделялась от зоны роста диафрагмой с отверстиями, общая площадь которых составляла примерно 8% всей площади диафрагмы. В верхней части автоклава (зоне роста) помещалась рамка с затравочными кварцевыми пластинами, ориентированными в плоскости пинакоида. Температурный перепад, измеряемый по наружной стенке автоклава, составлял 20°, длительность опытов 14 суток. Скорость роста кристаллов измерялась по толщине наросшего слоя кристалла по оси (0001) на одну сторону.

6

Разработанный способ заключается в использовании в качестве активаторов поверхностно-активных веществ, увеличивающих скорость кристаллизации. В частности, были использованы: полиэтиленамин, тетраметиламмониевое основание и полиэтиленимин, добавляемые к содово – щелочному раствору стандартной концентрации. Первые два соединения не оказали заметного влияния на скорость кристаллизации, а в случае применения полиэтиленимина -[NН-СН2-СН2]- скорость роста кристаллов резко возросла.

7

Из таблицы 1 видно, что полиэтиленимин в количестве 0,002 – 0,05 масс. % в указанном интервале давлений и концентраций компонентов раствора является весьма эффективным активатором кристаллизации, однако максимальный эффект достигается при концентрации полиэтиленимина 0,005 – 0,02 масс. %. При этом скорость роста кристаллов кварца увеличивается в среднем в 2 раза.

8

Результаты количественного химического анализа кристаллов кварца, выращенных при различных концентрациях компонентов раствора и давлениях, представлены в таблице 1.

9

Таким образом, в работе предложен новый способ увеличения скорости кристаллизации при выращивании монокристаллов кварца, заключающийся в использовании в качестве активаторов поверхностно-активных веществ. Разработанный способ позволяет существенно повысить скорость роста кристаллов кварца, которые по содержанию примесей могут быть использованы для наплава прозрачного кварцевого стекла.

10

Химический состав определяли атомно-эмиссионным методом с возбуждением спектра в дуге постоянного тока на дифракционном спектрографе ДСФ – 8.

Number of purchasers: 0, views: 1824

Readers community rating: votes 0

1. V.E.Khadzhiev, L.I.Tsinober, L.M.Shterenlikht i dr. Sintez mineralov. M., «Nedra», 1987.

2. V.V. Mazulev, Shapiro A.Ya. Patent na IZ RU 2320788 S1 «Sposob vyraschivaniya monokristallov kvartsa». Prioritet ot 23.06.2006. Opublikovano 27.03.2008 Byul. № 9.

3. PotapovV.V., PovarovK.O., GusevaO.V., MushinskyA.V., BabichevaS.M. Precipitation of colloidal silicain hydrothermal solution by metal cations. Proceedings, Twenty-Seventh Workshop on Geothermal Reservoir Engineering,Stanford University, Stanford, California, January 26-28, 2004.

4. Koshliakova A.N., Balitsky V.S., Balitsky D.V., Balitskaya L.V., Vyatkin S.V.,Koshchug D.G., Setkova T.V. Feachers of growing germanium-rich quartz and its spectroscopy study. Proceedings of Russian annual seminar on experimental mineralogy, petrology and geochemistry ) (RASEMPG - 2016) Moscow, 19–20 April 2016. P. 192.

5. A.H. Chuvyrov, R.M. Mazitov. Struktura i svojstva kristallov kvartsa, vyraschennykh iz ftoridnykh rastvorov: morfologiya pinakoidal'noj bazisnoj poverkhnosti. Kristallografiya, 2008, tom 53, № 5, s. 943 – 949.

(Таблица.doc, 38 Kb) [Download]

Система Orphus

Loading...
Up