Введение к работе
Актуальность темы. Основным методом получения монокристаллов сложных оксидных соединений из высокотемпературных растворов до настоящего времени остается спонтанная кристаллизация,' основалная на неконтролируемом зарождении и росте монокристаллов в условиях медленного охлаждения раствора-расплава.
Перспективным направлением развития управляемой кристаллизации данного класса соединений является выращивание монокристаллов при постоянной температуре в поле температурного градиента. Визможность создания стационарных условий на протяжении всего ростового цикла создает предпосылки для разработки технологий управляемого выращивания монокристаллов высокого качества с заданными свойствами.
Монокристаллы твердых раствор і на основе кальцнй-внсмут-ванаді:гвого феррограната Bii^x+z)Ca2{x-i-z)Fe'i~x~y-zVxIn!/Nb:iOn (КВВГ) являются технически важными материалами. Благодаря благоприятному сочетанию магнитных и СВЧ-свойств (низкая величина намагниченности насыщения, узкая полоса ферромагнитного резонанса, высокая температура Кюри) КВВГ находят широкое применение в технике СВЧ-связи.
Монокристаллы LaiCuOis и La,2~xSrxb'*iOt-.$, являются важны-т объектами для фундаментальных исследовании в области высоко--температурной сверхпроводимости.
Наряду, с большой практической ценностью, монокристаллы реррогранатов и купратов лантана, а также используемые для их' іьіращиві.іііія оксидные системы РЬО—СаО(Ві2Оз)—Ге20з/У20ъ{1п20г, УЬгОї) и La20}(SrO)-CuO являются хорошими моделями для исследования общих закономерностей управляемой кристаллизации оксид-шх соединений из высокотемпературных растворов. Феррогранаты і купраты лантана относятся к классу инкогруэнтно-плавящйхся ок-:идяых соединений с достаточно распространенными температурами кристаллизации, а растворы-расплавы обладают типичными для скидных высокотемпературных растворов вязкостями и плотностями. Сказанные системы имеют и важные особенности. Система РЬО — 1аО{В1гОъ) — Ре-203/Уг0ь(Ігі2О$, jV620s) представляет класс высоко-іетучих растворов-расплавов, а монокристаллы сложнозамешеннык вердых растворов феррогранлтов являются материалами с повышен-юй структурной чувствительностью к условиям роста. Система
Ьа^Оз — СиО не является конденсированной и обменивается кислородом с внешней средой в зависимости от Т м Р, выделяя его при нагреве и поглощая при охлаждении.
Цель работы. Исследование процессов кристаллизации и разработка способов выращивания монокристаллов твердых растгоров на основе феррограната и купрата лантана. Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие основные задачи:
1. Исследовать гидродинамические условия выращивания ок
сидных монокристаллов с использованием принудительной и ес
тественной конвекции растворов-расплавов.
2. Исследовать области кристаллизации купрата лантана и
твердых растворов на основе феррограната.
3. . Разработать способы выращивания монокрис .іллов твердых
рлетіадро» ферршранатов и купрата лантана в условиях принуди
тельной и естественной конвекции высокотемпературных растворов.
Новизна и научная значимость работы заключаются в полученных новых результатах, выносимых на защиту:
методом физического моделирования исследована гидродинамика раствор-расплавов оксидных систем при ускоренном вращении тигля- ( ЛО/ЇТ - Accelerated Crucible Rotation Technique ). Исследовано влияние режимов ускоренного вращеп ;я тигля на развитие конвекции и величину температурны.: осцилляции в растворе-расмлавс. Найден безразмерный комплексный параметр (П„мгга), характеризующий влияние ускорения вращения тигля на величину амплитуды температурных осцилляции. Получе. о эмпирическое выражение, сняз'ынающее величину амплитуды температурных осцилляции в растворе с параметром (Птахта).
показано влияние величины температурных осцилляции в растворе-расплаве па доменную структуру и свойства монокристаллов феррогрянатов. Проведена оптимизация температурных условий и параметром, вращения кристаллизатора для выращивания монокристаллов феррогранатов с использованием ускорен юго вращения тигля.
методом физического моделирования исследована гидродинамика раствор-расплавов оксидных систем в условных естественной коннекции. Исследопаны рсх<имы течения жидкости. В критериальном виде получено условие сохранения стационарности потока, зависимости скорости течения жидкости, периода и амплитуды температурных осцилляции' от п метрически» rjjip:»tїотрон кристал-
лизатора и физических параметров системы. Установлены параметры . управления скоростью конвективного потока при стационарном режиме конвекции и величиной температурных осцилляции в растворе-расплаве при нестационарном режиме конвекции.
исследованы фазовые равновесия в псевдотройных системах PbO-CaO-Fe203/V20s/In2Os и РЬ0-С»0/ВІ20з-Ре2О3/УгОь/ 1п20з ' в области кристаллизации кальции (-висмут)-ванадиевых феррограна-тов с низкой намагниченностью насыщения. Определены поля первичной кристаллизации гранатовой фазы.
v. хледованы температурные зависимости вязкости и летучести раствора-расплава системы РЬО - СаО/Ві2Оз - Ре2Оз/У205/1п2Оз в интервале температур роста монокристаллов кальций-висмут-ванадиевого феррограната.
исследована г-юбарическая фазовая диаграмма в системе Ьа2Оз~. СиО — Си20 при парциальном давлении кислорода 0.021МПа. Определено положение изобары Р=0.02ШПа на поверхности ликвидуса
в интервале концентраций оксида лантана 0—30 мол.%.
- методам медленного охлаждения и при постоянной темпера
туре с использованием поворотного кристаллизатора получены моно
кристаллы La2CuOt и La2^zSrxCuOt-(. Показано, что сверхпроводи
мость возникает в' кристаллах LaissSro.isC''04-s при существенном
отклонении условий выращивания от равновесных.
Практическая значимость полученных результатов.
Разработаны способ и устройство для выращивания монокристаллов оксидных систем из высокотемпературных растворов в условиях стационарной естественной конвекции.
Разработан способ выращивания крупных объемных монокристаллов купрата лантана в условиях стационарной естественной конвекции.
Разработан состав исходной шихты для выращивания монокристаллов кальций-висмут-ванадиевых феррогранатов с намагниченностью насыщения 150Гс.
Разработана технология выращивания монокристаллов кальции-висмут-ванадиевых .феррогранатов с намагниченностью насыщения 140 ± 10 Гс и 300 ± 50 Гс.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9
научных статей, получено 4 авторских свидетельства на изобретения.
Апробация работы. В ходе выполнения работы ее результаты
докл' дывались на Н-ой <г,Рига, 1987г.) и Ш-ей (г.Рига,1990г.) Всесоюзных конференциях по моделированию роста кристаллов; 7-ой Всесоюзной конференции по росту кристаллов (г.Москва, 1988г.); 11-ой (г.Киев,1989г.) и Ш-ей (г.Харьков, 1991г.) Всесоюзных конференциях по ВТСП; 1-ом Всесоюзном совещании по физикохимии и технологии ВТСП (г.Москва, 1989 г.); 9-ой Международной конференции по росту кристаллов (г.Сендай, Япония, 1989 г.); международной конференции ASC-90, (Snowmass Village, США, 1990 г.).
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения. Диссертация включает 140 страниц текста, сопровождаемого 57 рисунками и 3-мя таблицами. Список литературы содержит 110 наименований.
