第七章——熔体导模
晶体材料基础---第九讲 晶体生长方法(1)
G = -RTln(+1) 溶液生长的关键：控制溶液的过饱和度，使溶液达到过饱和 状态。 使溶液达到过饱和的途径有：
籽晶的培养：配置过饱和溶液，放置在烘箱中，过几天就可 以得到自发成核的小晶粒。
21
1、降温法
基本原理：利用物质较大的正溶解度温度系数，在晶体生长
过程中逐渐降低温度，使析出的溶质不断在籽晶上生长。 适合于溶解度与其温度系数都较大的物质 ( 物质的溶解度温 度系数最好不低于1.5g/1000g 溶液.oC)。 合适的起始温度为60度左右。降温区间以15-20oC为宜。 40℃时，一些物质的溶解度及其温度系数
亚稳区大小可用过饱和度（或过冷度）来估计。 亚稳区的大小既与结晶物质的本性有关，也容易受外界条 件的影响，如搅拌、振动、温度、杂质等。 不同物质溶液的亚稳区差别相当大。 过饱和度的表示方式： 浓度驱动力: c = c-c* 过饱和比: s = c/c* 过饱和度 或相对过饱和度 = c /c* = s -1 ——结晶过程的驱动力
5
一、溶液和溶解度 1、溶液和溶液浓度
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
溶液：
由两种或两种以上物质所组成的均匀混合体系称为溶液。
由溶质和溶剂组成。
【宝石学】宝石的合成方法
经过几十年的努力，目前已能获得十几克拉大的晶体，但宝石级钻石合 成的成本仍很高，不能进行大批量的生产。2000年可切磨的合成钻石只有 3500ct，仅占当年天然宝石级钻石产量的0.01%。
占总重量百分比 0.15 0.1 2.0 0.13 0.1 0.1 0.3 0.3 0.15
0.09+0.15 1.1+1.1 0.15+1.0
0.08+0.08
晶体颜色 红色 黄色 紫色 淡黄色 粉红色 黄绿色
橄榄绿色 深紫色 淡绿色 攻瑰红色 淡蓝色 紫蓝色 棕色
四、助熔剂法
原理和方法
助熔剂法又称高温熔体溶液法，它是将晶体的 原成分在高温下溶解于低熔点助熔剂熔体中，形成 饱和的溶液（熔融液），然后缓慢冷却或恒温下蒸 发熔剂等方式，使晶体从过饱和熔融液中不断结晶 出来。与矿物晶体从岩浆中结晶的过程相似。
氧化锆粉末和稳定剂装在由冷却铜管组成的金 属杯内，在粉末中心放入引燃用的锆金属粉末 或锆金属棒。然后由高频线圈加热。
高频使锆金属熔化，熔化部分向外蔓延，引燃 周围的粉末。紧靠着杯壁的粉末在循环冷剂的 作用下保持固态，构成一层薄薄的外壳。
待坩埚内的物质达到完全熔融后，将坩埚从加 热区缓缓移开，坩埚内的物质开始冷却，结晶 从壳底开始，向上长出圆柱状的晶体，直到全 部结晶固化。
合成水晶的掺杂与颜色对照表
掺杂种类 Fe3＋ Fe2＋ Co2＋ Mn4＋ Al3＋
质量分数％ 0.1～0.7 0.1～0.6 0.1～0.4 0.2～0.5 0.1～0.2
《熔体的结构》PPT课件_OK
组成 温度
9
第四章 非晶态结构与性质——4.1 熔体的结构
硅酸盐聚合结构
资源加工与生物工程学院
O:Si
名称
负离子团类型
共氧 离子数
每个硅
负电荷 数
负离子团结构
4:1 岛状硅酸盐
[SiO4]4-
0
4
3.5:1 组群状硅酸盐
[Si2O7]6-
1
3
3:1
3:1 2.75:1 2.5:1
2:1
环状硅酸盐 三节环 六节环 四节环
中的相似； ➢ 液体衍射峰很宽阔，缘于：
液体质点有规则排列区域的高度分散； ➢ 液体结构特征：近程有序，远程无序。
在高于熔点不太多的温度下，液体内部质点排列 具有某种程度规律性，而非象气体一样杂乱无章。
5
第四章 非晶态结构与性质——4.1 熔体的结构
资源加工与生物工程学院
强度 I
气体 熔体
玻璃
晶体
几种金属固、液态时的热容值
物质名称 液体热容（J/mol） 固体热容（J/mol）
Pb 28.47 27.30
Cu 31.40 31.11
Sb 29.94 29.81
Mn 46.06 46.47
4
第四章 非晶态结构与性质——4.1 熔体的结构
资源加工与生物工程学院
4. X射线衍射图相似
➢ 液体衍射峰最高点位置与晶体相近，表明： 液体中某一质点最邻近几个质点的排列形式与间距和晶体
sinθ λ
不同聚集状态物质的X射线衍射强度
随入射角度变化的分布曲线
6
第四章 非晶态结构与性质——4.1 熔体的结构
资源加工与生物工程学院 综上所述:
液体是固体和气体的中间相，液体结构在气化点和凝固点之间变化很大，在高温（接近 气化点）时与气体接近，在稍高于熔点时与晶体接近。
07-08 熔体法
晶体提拉法生长工艺 晶体提拉法生长工艺
首先将待生长的晶体的原料放在耐高温的坩埚 中加热熔化，调整炉内温度场，使熔体上部处 于过冷状态； 然后在籽晶杆上安放一粒籽晶，让籽晶接触熔 体表面，待籽晶表面稍熔后，提拉并转动籽晶 杆，使熔体处于过冷状态而结晶于籽晶上，在 不断提拉和旋转过程中，生长出圆柱状晶体。
晶体提拉法生长装置 晶体提拉法生长装置
1、加热系统： 、加热系统： 加热—常用有电阻（方法简单）和高频线圈加热两类。 保温—采用金属、耐高温材料等做成热屏蔽罩和隔热层。 控温—由传感器、控制器等精密仪器进行操作和控制。 2、坩埚及其附件：性质稳定、纯度高，熔点高，机械 、坩埚及其附件：性质稳定、纯度高，熔点高， 强度高。常用铂、铱、钼、石墨、SiO2或其它高熔点 强度高 氧化物。 3、传动系统：旋转和升降稳定 、传动系统：旋转和升降稳定，由籽晶杆、坩埚轴和 升降系统组成。 4、气氛控制系统：由真空装置和充气装置组成。生长 、气氛控制系统： 生长 气氛不同，如钇铝榴石等要在氩气气氛中生长。 气氛 5、后加热器：由高熔点氧化物、陶瓷或多层金属反射器 、后加热器： 制成。通常放在坩埚的上部，主要调节晶体和熔体之 调节晶体和熔体之 间的温度梯度，避免组分过冷现象引起晶体破裂。 间的温度梯度，避免组分过冷现象引起晶体破裂
第八章 区域熔炼法 生长宝石晶体与鉴别
区域熔炼法是上世纪50年代初期发展起来 区域熔炼法是上世纪50年代初期发展起来 50 的一项合成技术， 的一项合成技术，此技术主要为半导体工业 提供高纯度的晶体。 提供高纯度的晶体。目前该技术主要用于工 业用人工结晶材料的提纯和转化， 业用人工结晶材料的提纯和转化，较少用于 合成宝石。 合成宝石。
合成变石猫眼生长工艺
原料：按化学配比称取高纯度的Al2O3、BeO原料和致色元 原料 素Cr2O3 、V2O5，将粉料压成块状； 在1300℃下灼烧10小时，得到多晶质金绿宝石块料。 加热：将制成的原料装入钼坩埚，用射频加热到1900℃以 加热 上至熔化。 提拉速度：每小时为15-20mm。 提拉速度 在坩埚内垂直地安放钼制的毛细管模具。熔体在毛细管作 用下涌升到模具顶端，并扩展布满端面形成熔体薄层。将坩 埚上方的变石籽晶接触模具顶端熔体膜，待籽晶浸渍表面回 熔后，逐渐提拉上引。晶体生长是在氩气体中进行的，保持 生长所需要的惰性气体和压强环境。 晶体生长停止后，4小时内将炉温降至500℃，然后缓慢冷 却至室温。即得到模具顶部截面形状的变石猫眼宝石晶体。
导模法生长无机闪烁晶体
闪烁晶体的发光原理：
激活剂的基态和激发态分别位于禁带的上下两部分。当价态中的激 活剂吸收入射高能粒子或射线的能量后,能量升高,再捕获导带中的 一个电子后跃迁到激发态,由激发态返回到基态时释放能量并发出 具有特定波长的闪烁脉冲光。
无机闪烁晶体的分类: 常用的无机闪烁晶体材料通常可以分为氧化物型和卤化物型两大类。 主要的氧化物型闪烁晶有BGO、PWO、YAG等，它们大多具有密度高、 衰减快和物化性能稳定等优点。传统的卤化物型闪烁晶体主要以碱 金属碘化物为代表，如 NaI、CsI等，它们具有很高的光产额，同 时也具有较好的能量分辨率和时间分辨率。
2.闪烁晶体
闪烁晶体的定义： 当高能射线（如X射线，γ 射线)或其它放射性粒子,通过某些晶体 时，因射线或粒子的激发, 该类晶体会发出荧光脉冲(闪烁光)，具 有这种性质的晶体称为闪烁晶体。 闪烁晶体的应用: 闪烁晶体可用于X射线、γ 射线、中子及其他高能粒子的探测，经 过100多年的发展，以闪烁晶体为核心的探测和成像技术已经在核 医学、高能物理、安全检查、工业无损探伤、空间物理及核探矿等 方面得到了广泛的应用。
导模法生长无机闪烁晶体
主要内容 1.导模法
2.无机闪烁晶体
1.导模法(EFG)
导模法的定义及原理： 从熔体中制取单晶材料的方法之一，类似于提拉法，又叫边缘限定 薄膜供料法（Edge-defined Film-fed Growth technique）。它是将留 有毛细管狭缝的模具放在熔体中，熔液借毛细作用上升到模具顶部， 形成一层薄膜并向四周扩散，同时受子晶诱导结晶，模具顶部的边 缘可控制晶体呈片状、管状或所需的某种几何形状产出。
晶体生长过程中（国外文献截图）
导模法生长晶体的优点： 1.纵向温度梯度大，生长速度快，效率高。 2.可直接生长一定形状的晶体，如：片状，条状，柱状，桶状等各 种形状，不用切割只需简单加工就可直接使用，节约成本。 3. 熔体在毛细管中的对流作用非常弱 , 晶体在生长过程中由分凝现 象排出的过剩溶质 , 只有靠扩散向熔体主体中运动 , 因此 , 该方法 容易得到成分均匀的掺杂晶体。 4.光学均匀性较好
正文——精选推荐
正⽂塑料盖板注塑模具设计【摘要】论⽂详细介绍了注塑模具的设计过程，其中包括了材料性能、型腔数⽬的选择及布置、成型特性和条件、结构⼯艺性等，并选择了成型设备。
接下来介绍了模具分型⾯的选择，重点介绍了模具浇注系统的设计、模具成型零件的设计和脱模机构的设计。
最后简略的介绍了排溢及冷却系统。
本⽂论述的是产品的⼆板式模具，并且采⽤的是⼀模⼆腔的布置形式，最后利⽤推杆推板将塑件推出。
【关键词】注塑模具，浇注系统，⼆板模，成型零件前⾔课题来源由于塑料具有很多优良的性能和特点，近年来它在个领域得到越来越⼴泛的应⽤。
作为塑料制造业的⽀柱产业—塑料模具的设计与制造也得到了空前的发展，特别是作为塑料必备成型⼯具的塑料注射模具，由于它的成型效率⾼，易成型形状复杂的制品，并可实形⾃动化⽣产，得到迅速的发展。
第1章模具结构形式的拟定第1.1节确定型腔的数量注塑模具的型腔数⽬，可以使⼀模⼀腔，也可以是⼀模多腔，在型腔数⽬的确定上主要考虑⼀下⼏个要素：1. 塑件的尺⼨精度2. 模具的制造成本3. 注塑成型的⽣产效益4. 模具的制造难度⼀般情况下，精度要求⾼的⼩型塑件和中⼤型塑件优先采⽤⼀模⼀腔结构：对于精度要求不⾼的⼩型塑件（配合精度要求不⾼），形状简单，若采⽤多型腔模具可提供独特的优越条件，使⽣产效率⼤为提⾼。
型腔的数⽬可根据模型的⼤⼩情况定。
该塑件结构简单，精度要求也不⾼，适⽤于⼩批量⽣产，故采⽤⼀模两腔的模具结构。
第1.2节模具结构形式的确定模腔数的确定，由于该塑件质量要求不⾼，尺⼨精度要求⼀般，因此可以采⽤双型腔的设计，适⽤于批量⽣产。
多腔模具有以下优点：1.配合的塑件可以减少配套的损失，例如⼀出⼆的肥皂盒，将上下盖做成⼀副模具可以减少某个塑件的积压损失。
2.有利于组织⽣产以及满⾜模具寿命的需要，如电话机中的⼀个主体需要有12个按键，讲电话主体设计成⼀模⼀出，⽽按键设计成⼀出⼗⼆可满⾜⽣产线需要，同时也可以使两副模具的寿命⼀致。
聚合物熔体流动详解演示文稿
1.拉伸粘性率
在截面积S，长L的试件上加外力P。
若试件上聚合物制件，承受载荷后会产生弹性形变，还会不断伸长，既发 生流动。
设试件的拉伸速度为u，拉伸应力σn和拉伸应变速率 可表示e为n
n P/S
en u L
n nen
(4.1-7-a)
(4.1-7-b)
(4.1-7-c)
式中,比例常数 ηn称为拉伸粘性率或纵粘性率,
dV dt V
(4.1-9)
压力增加量dP和体积应变速率ev’之间存在着相当于牛顿粘性
定律的关系，即
dP v ev
(4.1-10)
式(4.1-10)中的比例常数ηv 称为 体积粘性率或体积粘度。
12 第12页，共20页。
4.2 影响聚合物流变行为的主要因素
∵给定剪切速率下的η主要由两方面因素决定：
压力达100个大气压体积 压力达700个大气压体积
1%
3.5%
聚苯乙烯(PS)和低密度聚乙烯(LDPE)
压力达100个大气压体积
5.1%
压力达700个大气压体积
5.5%
17
第17页，共20页。
图4-6 压力对粘度的影响
1-PMMA, 2-PS,3-HDPE,4-CA
T=177℃ 压缩率-压力的关系
应变特征
不可逆形变 (粘性流动)
不可逆形变(粘 性流动)与可逆 形变的迭加
与粘弹性液体相同,还与 应力作用时间有关
非牛顿流体的特征
(1)剪应力与剪切速率不成正比, 粘度取决于剪切作用
(2) 非牛顿性是粘性和弹性行为的综合，流动过程中包含 着不可逆形变和可逆形变两种成分。
8 第8页，共20页。
粘性液体与指数定律
合成宝石学总结
合成宝石学复习提纲一、填空第二章熔体法—焰熔法（维尔纳叶法）1. 焰熔法基本原理：利用氢氧的高温，使疏松的粉料通过氢氧焰撒下、熔融，落在冷却的结晶杆上，结晶成单晶。
最早是1885年由弗雷米（E. Fremy）、弗尔（E. Feil）和乌泽（Wyse）一起，利用氢氧火焰熔化天然的红宝石粉末与重铬酸钾而制成了当时轰动一时的“日内瓦红宝石”。
后来于1902年弗雷米的助手法国的化学家维尔纳叶（Verneuil）改进并发展这一技术使之能进行商业化生产。
2. 焰熔法生长宝石工艺：1)原料的制备与提纯2)粉料制备：高纯度，高分散性，均一性3)晶体生长：引晶，放肩，等径生长4)退火处理3. 维尔纳叶法生长刚玉晶体（1）原料的制备与提纯：●AI2(SO4)3 :(NH4)2SO4 = 2.5 : 1；●加1.5倍水，加热溶解，缓慢冷却结晶，得到铝铵矾晶体。
AI2(SO4)3 + (NH4)2SO4 + H2O —— (NH4)2AI2(SO4)4-24 H2O●PH>3.5，重结晶，可去除钾离子； PH<3.5，重结晶，可去除铁、钛、铜、锰、镁等离子。
●去离子水重结晶3~5次，铝铵矾纯度达99.9%以上。
（2）粉料制备：●铝铵矾脱水：(NH4)2AI2(SO4)4-24 H2O——— (NH4)2AI2(SO4)4 - H2O + 23 H2O ↑ (200 ℃) (NH4)2AI2(SO4)4 - H2O——— (NH4)2AI2(SO4)4 +H2O ↑(250~350 ℃) 脱水炉温 < 300℃，脱水率 < 60%，可以保证粉料较好的分散性和流动性。
●无水硫酸铝铵分解：(NH4)2AI2(SO4)4 ——AI2(SO4)3 + NH3 ↑ + SO3 ↑ + H2O ↑ (450~550℃)●硫酸铝分解：AI2(SO4)3 ——γ-Al2O3 + SO3 ↑ (650~850℃)（3）晶体生长：包括引晶、放肩、等径生长三个步骤。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
名称
斯切帕诺夫法
EFG法
发明者 原理
苏联科学家斯切帕诺夫
将有狭缝的模具放入熔体，熔体通过 毛细作用升到模具顶端，在此熔体放 入籽晶，按照狭缝形状拉制晶体
美国TYCO实验室H.E拉培尔博士
在满足模具被熔体润湿且不与熔体发生化学 反应的条件下，且湿润角大于0小于90度时， 使熔体上升到模具顶部并沿边缘形成一薄膜 熔体层，
1、在高温坩埚中制熔体，将能被熔体润湿而不反应的材料制成的带毛细管的模 具放入熔体中。熔体将沿毛细管升到模具顶端。
2、将籽晶浸到熔体中
3、籽晶表面回熔后，逐渐向上提拉直至模具顶部。注意。可使晶体先长成窄形， 过一段时间再放肩。
→
4、此时，熔体扩展到模具顶部截面的边缘中止，随后进行提拉，使晶体进入等 径生长。
5、晶体按照模具顶 将原料放入坩埚中加热熔化，熔体沿一模具在毛细管作用 下升至模具顶端。并拓展端面形成熔体薄层，在这层熔体 中引籽晶，使籽晶和熔体的交界面上不断进行原子或分子 的重新排列，随降温逐渐凝固而生长出与模具边缘形状相 同的单晶体。
两种类型—— 1、斯切帕诺夫法： 年代：20世纪60年代 2、EFG(边缘限定薄膜供料生长)法
第七章——熔体导模法生长 宝石晶体
第一节 熔体导模法生长宝石晶体概述 一、熔体导模法生长宝石晶体简介
• 定义及与提拉法的差别：
是提拉法的一种，是控制晶体形状的提拉 法。它和提拉法的区别主要在于，提拉法 长出的晶体形状相对单一，即圆柱状晶体。
而导模法可以拉制出各种截面的晶体。而 且，提拉法易发生相分离作用，导模法克 服了这一点，能生长出具有恒定组分的共 熔体化合物晶体，关于这一点，后面将进 一步说明。
晶体形状的 决定因素
完全决定于毛细管狭缝
决定于模具顶部边缘的形状和尺寸
优点及局 限性
优点：不要求模具被熔体润湿
局限性：被毛细管大小和熔体自身 （重量及密度等）性质限制
优点：减少加工损耗，免除切割成型等环节， 降低了成本，且能直接拉制出各种形状的晶 体
局限性：对模具材料和熔体的性质有特殊要 求
二、导模法生长晶体的工艺过程