Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Литературный обзор
1.1 Газовые включения в монокристаллах, выращиваемых из расплава 12
1.2 Пузырьки в парателлурите 25
1.3 Физические и химические свойства парателлурита и расплава диоксида теллура 30
Глава II. Исследования монокристаллов парателлурита с газовыми включениями
2.1 Определение давления газа в пузырьках 33
2.2 Оптические исследования пузырьков 35
2.3 Рассеяние света кристаллами парателлурита с пузырьками 44
2.4 Дислокации и механические напряжения вблизи пузырьков 67
Глава III. Влияние условий роста на захват газовых включений. Действие отжига на включения в твердой фазе
3.1 Особенности выращивания монокристаллов парателлурита способом Чохральского 75
3.2 Влияние чистоты исходного сырья 79
3.3 Анализ механизмов диффузионного роста пузырьков, их коалесценции и захвата кристаллами парателлурита 82
3.4 Причины секториального распределения газовых включений по пирамидам роста сингулярных граней 86
3.5 Измерения электропроводности расплава диоксида теллура в связи с проблемой подавления конвекции магнитным полем 97
3.6 Огранение, распад и движение пузырьков при отжиге в поле температурного градиента 105
Глава IV. Условия синтеза парателлурита без пузырьков
4.1 Устойчивость и форма фронта кристаллизации 141
4.2 Режимы конвекции. Вихри Тейлора 126
4.3 Оптимальные кинематические и температурные параметры роста 134
Выводы 140
Список литературы 142
- Физические и химические свойства парателлурита и расплава диоксида теллура
- Рассеяние света кристаллами парателлурита с пузырьками
- Анализ механизмов диффузионного роста пузырьков, их коалесценции и захвата кристаллами парателлурита
- Оптимальные кинематические и температурные параметры роста
Введение к работе
В конце 60-х - начале 70-х годов появляются сообщения о выращивании монокристаллов парателлурита - тетрагональной модификации диоксида теллура (а-ТеСЬ) способом Чохральского [1-5]. Исследователями сразу же были отмечены редкие, в ряде случаев -уникальные физические свойства этого материала: большие показатели преломления По и Пе, большое двулучепреломление, очень высокое удельное вращение плоскости поляризации, резкая анизотропия механических, тепловых, акустических и оптических констант, но в особенности - практически рекордно высокие для видимого диапазона значения коэффициента акустооптического качества М2 = пьр2 j pV , где п показатель преломления, р - действующая фотоупругая константа, р -плотность, V3e - скорость звука. Действительно, благодаря большим значениям показателей преломления и очень малым значениям скоростей звука (всего лишь 600 м-с 1 для сдвиговой моды вдоль направления [110]), величина М2 достигает значений (600-800)-10- с т" [6], что примерно в 500 раз больше, чем у такого классического акустооптического материала, каким является плавленный кварц. Совокупность столь ценных свойств предопределила повышенный интерес к производству монокристаллов парателлурита, основная сфера применения которых - материал для светозвукопроводов акустооптических устройств [7-12]. В связи с увеличением размеров оптически однородных кристаллов, в самое последнее время появилась возможность изготовления из парателлурита и традиционных оптических элементов - двулучепреломляющих призм [9].
За почти сорокалетнюю историю развития технологии выращивания парателлурита размеры получаемых кристаллов выросли с 10-15 мм в диаметре и 20-30 мм по высоте до 60-80 мм в диаметре и 70-80 мм по высоте. Заметно выросли также структурное совершенство и оптическое качество кристаллов. Однако по сравнению с кристаллами многих других веществ эти успехи не выглядят очень значительными. Например, у кристаллов кремния, являющихся основой большей части современной радиоэлектроники, размеры и показатели качества выросли за аналогичный период на 1-2 порядка. Сложность синтеза монокристаллов парателлурита определяется объективными обстоятельствами: низкой скоростью роста (вследствие малой теплопроводности), большими временами проведения ростовых процессов (до 100 часов и более), высокой вязкостью и химической агрессивностью расплава диоксида теллура, необходимостью выращивания кристаллов в газовой атмосфере, токсичностью паров диоксида теллура, сложным характером конвекции расплава в тигле, препятствующей автоматизации ростовых процессов, отсутствием промышленной технологии получения порошкообразной двуокиси теллура с чистотой более 99,999 %, хрупкостью уже выращенных кристаллов, связанной с остаточными механическими напряжениями, необходимостью проведения длительного послеростового отжига. При этом набор обсуждаемых в литературе структурных дефектов и их следствий, существенно ухудшающих качество кристаллов, и в самых первых публикациях [1-5], и в работах последнего времени [12-16] практически один и тот же. Это высокая плотность дислокаций (до 10-10 см"), наличие границ блоков, аномальная (наведенная механическими напряжениями) двуосность, иногда превышающая 1-2, оптические неоднородности -свили, пронизывающие зачастую весь объем кристалла, включения посторонних примесей, в том числе - платины из материала тиглей, и, наконец, пузырьки. Газовые включения могут присутствовать в кристаллах в целом очень низкого качества, но иногда обнаруживаются и в совершенных образцах, где они являются практически единственными серьезными дефектами. Размеры (диаметры) газовых включений в парателлурите лежат в интервале от нескольких микрометров до 2-2,5 мм. Эти объемные, грубые структурные дефекты поглощают и рассеивают звук и свет, искажают соответствующие волновые фронты и ухудшают требуемые параметры дифракции. Особенно недопустимы пузырьки в устройствах, применяемых для спектрального анализа изображений, а также в оптических призмах. Даже один пузырек в области акустооптического взаимодействия делает значительный объем материала непригодным для практического использования. Это связано с еще одной особенностью парателлурита - приемлемые по качеству кристаллы выращиваются почти исключительно в кристаллографическом направлении [ПО]. В то же время во многих акустооптических устройствах светозвукопроводы должны иметь максимальные размеры в направлении, близком к [001], т. е. в направлении оптической оси. Поэтому из цилиндрических буль должны вырезаться элементы в плоскости, перпендикулярной оси цилиндра. Поскольку в этом случае максимальный размер элемента ограничивается по крайней мере диаметром кристалла, естественно стремление использовать центральную, приосевую часть були. Но именно здесь, как правило, и располагаются газовые включения (рис. 1).
Таким образом, проблема устранения причин захвата пузырьков кристаллами парателлурита наиболее актуальна при получении материала, предназначенного для крупногабаритных светозвукопроводов акустооптических устройств. Требуемые в ряде случаев максимальные размеры элементов, с учетом современного уровня технологий синтеза парателлурита, действительно велики - 60x40x40 мм вдоль кристаллографических направлений [001], [ПО] и [І10] соответственно.
До настоящего времени кристаллы а-Те02 использовались в акустооптических устройствах почти всех известных типов [8,17-25]. К ним относятся модуляторы (АОМ) - как внутрирезонаторные, так и внешние по отношению к выходным зеркалам лазеров [7]. Это также дефлекторы лазерного излучения - одно- и двухкоординатные [7-10,26]. Это акустооптические электронно-перестраиваемые фильтры и акустооптические спектрометры [8,17]. Применялся парателлурит и в устройствах спектрального анализа радиосигналов (акустооптических процессорах) [7]. В последнее время появились сообщения о применении кристаллов парателлурита в системах спектрального разделения и мультиплексирования оптических каналов волоконно-оптических линий связи.
Наиболее важны большие размеры светозвукопроводов для некоторых видов фильтров, дефлекторов и процессоров. В частности, важнейшая характеристика фильтров и спектрометров - разрешающая способность ДЛ,/2, т. е. полуширина спектральной линии - связана с длиной где Я - длина волны света, Ап = \па-пе\ величина двулучепреломления. Для коллинеарного фильтра это выражение означает, что высокое разрешение реализуется при большой длине кристалла в направлении распространения света и звука.
Разрешающая способность акустооптического дефлектора (АОД) определяется числом N отделенных разрешаемых положений луча в интервале углов сканирования и выражается формулой [7]: где Д/ - полоса рабочих частот АОД; D - линейная апертура; V - скорость звука; ®Б - угол Брэгга. Таким образом, число разрешимых позиций дефлектора также пропорционально некоторому линейному размеру кристалла, только, в отличие от фильтров, это размер в направлении, перпендикулярном световому пучку.
Время обработки сигнала акустооптическим процессором также, очевидно, пропорционально размеру кристалла, но уже в направлении распространения ультразвука [7].
Таким образом, с точки зрения потребностей развивающейся акустооптики, актуальность и практическая значимость решения проблемы синтеза крупногабаритных кристаллов парателлурита, не содержащих газовых включений, достаточно очевидны. Однако и с научной точки зрения данная проблема также представляет несомненный интерес. Ее актуальность связана с необходимостью получения новых экспериментальных данных, касающихся различных аспектов трех физических явлений, протекающих одновременно при выращивании кристаллов из расплава, содержащего растворенные газы. Это динамика зарождения и развития газовых пузырьков вблизи фронта кристаллизации, теория которой разработана недостаточно. Это и задача о тепломассопереносе при выращивании кристаллов с высокими значениями критерия Прандтля, т. е. с высокой вязкостью и малой температуропроводностью. В настоящее время ее можно считать более или менее решенной только для расплавов полупроводниковых материалов, значения критерия Прандтля у которых на 1-2 порядка ниже, чем у расплава диоксида теллура. И, наконец, это кинетика газовых пузырьков в уже образовавшихся кристаллах в поле температурного градиента при отжиге и охлаждении. Последняя задача успешно решена только для некоторых частных случаев в рамках теории диффузионной ползучести.
Слабая разработанность данных вопросов и в отношении парателлурита подчеркивается отсутствием в известной литературе устоявшихся представлений о природе захвата пузырьков этими кристаллами. Одни исследователи считают, что причиной образования и захвата пузырьков являются микрочастицы платины, растворенной расплавом диоксида теллура из тигельного материала. Другие предлагают производить выращивание парателлурита в атмосфере благородных газов. В одних работах основное внимание уделяется чистоте исходной шихты -порошкообразной двуокиси теллура, в других - влиянию формы фронта кристаллизации (ФФК), в третьих - скоростям вращения кристаллов и скоростям их вытягивания из расплава.
В ряде работ указывается на влияние температурного градиента, причем раздельно - осевого и горизонтального. Ни в одной из публикаций все эти возможные причины не рассмотрены в совокупности. Помимо того, что в этих работах высказываются противоречивые взгляды, и приводятся взаимоисключающие экспериментальные факты и рекомендации, все они не выходят за рамки чисто эмпирического подхода. Среди явлений, явно влияющих на захват пузырьков, не изучены влияние конвекции расплава (в том числе и конвекции Марангони), не рассчитаны силы, действующие на пузырьки, уже образовавшиеся у фронта кристаллизации. Нет никаких сведений о влиянии анизотропии поверхностных энергий кристалл-газ и кристалл-расплав на процессы захвата пузырей. Возможная коалесценция мелких пузырьков также не рассматривалась. Следует заметить, что и экспериментальная база известных исследований была достаточно узкой. Например, хотя сами полости изучались даже с помощью электронной микроскопии, до сих пор никем не было экспериментально установлено наличие в них газов, и не было измерено их давление. Несмотря на сложность и взаимосвязанность недостаточно изученных процессов, приводящих к захвату пузырьков растущими кристаллами, нахождение условий, исключающих такой захват, для парателлурита оказывается возможным. Таким образом, результаты настоящих исследований могут быть полезными и при получении кристаллов других веществ, выращиваемых из расплава в газовой атмосфере. Исходя из современного состояния проблемы, были сформулированы цель и задачи диссертационной работы. Цель работы состояла в исследовании причин захвата газовых включений кристаллами парателлурита при их синтезе и в определении ростовых параметров, препятствующих такому захвату. В связи с данной целью были поставлены такие основные задачи: • установление закономерностей пространственного распределения захватываемых кристаллами газовых включений и их распределения по размерам и геометрической форме; • определение наличия газов и величины их давления в полостях путем непосредственного вскрытия под слоем жидкости; • теоретические расчеты параметров диффузионной кинетики пузырьков вблизи фронта кристаллизации; • нахождение оптимальных режимов конвекции расплава диоксида теллура, при которых возможен отрыв пузырьков от растущего кристалла; • определение механизмов и характеристик движения газовых включений в кристаллах парателлурита в поле температурного градиента при отжиге и охлаждении.
Физические и химические свойства парателлурита и расплава диоксида теллура
Для возможного уменьшения концентраций газов в расплаве применялась атмосфера азота, т.к. предполагалось, что растворимость N2 в Те02 меньше, чем у других газов, входящих в состав воздуха. Поскольку пузырьки в кристаллах все же были обнаружены, авторы предположили, что их захват определяется наличием в расплаве, во-первых, примесей железа, имеющего высокий коэффициент распределения, а, во-вторых, растворенной из тигля платиной. Именно в этой работе впервые была высказана идея, согласно которой трудноустранимые примеси Si и Fe увеличивают вязкость расплава, что препятствует достижению оптимальной, как предполагалось - вогнутой формы фронта кристаллизации. В отечественной работе [ПО] показано, что массовый захват газовых включений происходит при инверсии знака кривизны фронта. Сама инверсия ФФК связывается при этом с потерей устойчивости системой автоматики, основанной на весовом контроле, и не реагирующей на изменения формы фронта при неизменном весе кристалла. Фольдвари с сотрудниками [48] обнаружили с помощью электронной микроскопии частицы платины внутри пузырей, что вызвало появление «гипотезы Миязавы» [2]. В соответствии с ней микроскопические или даже нанометровые частицы Pt, образующиеся при коррозии тигля, способствуют образованию газовых пузырьков вследствие низкой энергии активации газов на поверхности Pt. При этом, в случае выпуклого фронта, такие пузырьки, содержащие платину, располагаются ниже растущего объема. Если имеет место нестабильность роста в случае структурного переохлаждения, которое вызывается наличием примесей, газовые пузырьки образуются лавинообразно. Что касается самых современных публикаций индийских исследователей [15,16], то результаты их экспериментов вообще не выходят за рамки констатации фактов: при вращении с одной скоростью пузырьки захватывались, а при другой тоже захватывались, но в меньшей степени. При этом и размеры, и форма выращенных кристаллов были совершенно разными. Подводя итоги рассмотрения материалов известных работ, посвященные пузырькам в парателлурите, следует выделить следующие моменты:
Не изучена структура кристаллов вблизи пузырьков. Отсутствует попытки одновременного учета хотя бы трех-четырех параметров, от которых зависит захват пузырьков.
Полностью отсутствуют какие бы-то ни было расчеты сил, действующих на пузырьки вблизи фронта кристаллизации.
Не изучены пространственное распределение пузырьков и их распределение по размерам.
Не обнаружена, или никак не прокомментирована секториальность в распределении пузырьков в сечениях, перпендикулярных оси роста.
Неизвестен вклад микропузырьков в рассеянии света кристаллами парателлурита и в общую экстинкцию. Не определено давление газов в пузырьках. Не рассмотрена роль нестационарной, но регулярной конвекции (с образованием структур типа ячеек Бенара и вихрей Тейлора), возникающей в расплаве диоксида теллура, на перемещение пузырьков под фронтом кристаллизации.
Не изучено влияние флуктуации температуры на захват
В ряде работ высказывались различные противоречивые мнения о природе появления пузырьков в парателлурите [48]. Одна из гипотез состояла в том, что эти пузырьки - результат частичного химического разложения двуокиси теллура на моноокись теллура и кислород согласно реакции 2Те02 2ТеО+02Т. В другой гипотезе главная роль отводилась парам диоксида теллура - предполагалось, что внутри пузырьков в момент захвата находился собственный пар. Третье объяснение состояло в появлении микропустот, являющихся стоками вакансий. При этом считалось, что этот процесс сопровождается образованием и движением дислокационных петель. Однако, в случае справедливости любого из данных предположений, при охлаждении кристалла в порах должен существовать глубокий вакуум. С целью выяснения истинного состояния атмосферы в пузырьках, было экспериментально определено давление газов в них.
Для этого были подготовлены вырезанные и отполированные по трем граням элементы, заведомо содержащие самые крупные пузырьки -диаметром до 2-2,5 мм. Размеры пузырей предварительно измерялись с помощью оптического микроскопа. Далее одна из граней элемента дошлифовывалась таким образом, чтобы расстояние от пузыря до поверхности элемента не превышало 0,5 -1 мм. Это позволяло произвести специальным инструментом вскрытие пузыря путем ударного разрушения тонкого свода кристалла над ним. Вскрытие проводилось под слоем жидкости (воды или глицерина). Процессы вскрытия и всплытия пузыря фиксировались цифровой видеокамерой (рис. 2).
Радиус пузыря находился путем компьютерного анализа изображений, при котором сравнивались размеры поры до вскрытия с размерами всплывающего пузыря. Давление во всплывающем пузыре Р рассчитывалось с учетом лапласова давления:
Далее с помощью уравнения Менделеева-Клапейрона вычислялось то давление Рпл, которое было в пузырьке в момент захвата при температуре плавления:
Показано, что давление во всех порах в момент вскрытия составляло (0,33±О,О1) атм. Поскольку в момент захвата кристаллом газы находились при температуре ТПЛ=1006К, а в момент всплытия из охлажденного кристалла - при комнатной температуре Т0=300 К, можно утверждать, что газ в момент захвата находился под атмосферным давлением.
Следует заметить, что хотя для расчетов удобней всего было бы использовать размер пузыря вблизи поверхности жидкости, но наиболее информативные видеокадры все же относятся к моменту сразу после вскрытия, поскольку при всплытии форма и размеры пузыря искажаются движением в жидкости.
Естественно полагать, что неизвестные растворимости отдельных газов, входящих в состав атмосферного воздуха, могут существенным образом различаться. Поэтому было бы весьма интересно узнать химический состав газов во всплывавшем пузыре. Однако очевидно, что с технической точки зрения это представляет трудноразрешимую задачу. В принципе известны способы спектрального анализа газов, находящихся в виде пор или пузырей в минералах - образцы помещаются в камеру, которая затем вакуумируется. Далее образцы либо разрушаются, либо расплавляются, а вышедшей из них газ подвергается спектральному анализу. Такая методика успешно используется только при исследованиях массивных и очень пористых материалов, и по отношению к кристаллам парателлурита едва ли практически применима.
Тем не менее, для целей, поставленных в настоящей работе, и достигнутый результат весьма важен - можно с уверенностью считать, что никакие химические реакции на фронте кристаллизации, а тем более, диффузионные, вакансионные и дислокационные процессы, происходящие в твердой фазе не играют существенной роли в захвате газовых включений кристаллами парателлурита. Сами же включения — это результат вьщеления на фронте кристаллизации растворенных расплавом диоксида теллура газов, входящих в состав ростовой атмосферы, и последующего захвата пузырьков твердой фазой. При этом в момент захвата давление газов в них близко к атмосферному.
Рассеяние света кристаллами парателлурита с пузырьками
Рассеяние света кристаллами парателлурита изучалось только в нескольких работах последнего времени, и, как правило безотносительно [62-64,66,67].
Исследования рассеяния света кристаллами, содержащими пузырьки, производились с двумя целями. Первая цель состояла в определении характерных размеров пузырьков и расстояний между ними в массивных образцах без вырезания из кристаллов оптических элементов. Проблема заключается в том, что пузырьки диаметром порядка 1-10 мкм визуально неразличимы. В то же время некоторые большие объемы кристаллов могут содержать включения только таких малых размеров, не образующие заметные скопления в виде туманностей. Поэтому при использовании оптической микроскопии с большими увеличениями (и малыми фокусными расстояниями объектов) потребовалось бы большое количество отполированных тонких препаратов. И здесь применение теории малоуглового рассеяния Ми позволяет рассчитать необходимые параметры пузырьков по результатам экспериментов с рассеянием света образцами, не прибегая к разрушающему контролю.
Вторая цель заключалась в получении численных характеристик световых потерь в парателлурите, связанных именно с пузырьками. В настоящее время наиболее употребительной системой оценки оптического качества кристаллов, прозрачных в видимом диапазоне, является принятая в США система стандартов, в рамках которой кристаллы разделяются на градации А, В и С - в порядке ухудшения свойств. Основным, причем субъективным параметром, определяющим градацию, является интенсивность визуально различимого рассеяния света. В кристаллах градации А лазерные лучи вообще не визуализируются, в кристаллах градаций В и С рассеяние заметно, причем для градации С оно проявляется в виде субнитевидных включений, природа которых до настоящего времени не установлена [65].
Рассеяние света в парателлурите может, помимо пузырьков, происходить на локальных областях с измененными вследствие дислокаций и дислокационных петель показателями преломления, на скоплениях примесей, на свилях, на границах блоков и т. д. При этом до настоящего времени в литературе не было никаких сведений о сечениях и показателях ослабления и поглощения света в парателлурите, не говоря уже об оценках вкладов конкретных структурных дефектов в общее рассеяние.
Для рассмотрения указанных вопросов в настоящей работе были использованы три экспериментальных метода: спектрофотометрический, метод направленного пропускания и метод, основанный на исследовании картин рассеянных кристаллами лазерных пучков на удаленных экранах.
На рис. 11 представлены полученные в ИК диапазоне спектральные зависимости коэффициентов пропускания света монокристаллом парателлурита толщиной 10 мм, содержащего мелкие пузырьки, придвинутого вплотную к входной диафрагме спектрофотометра (ИКС-29) (кривая I) и отодвинутого от него на расстояниее ДЬ, равное 30 мм (кривая II). В соответствии с методикой измерений и теорией, развитой в [63], по разности в коэффициентах пропускания, обусловленной тем, что часть рассеянного излучения в положении II уже не попадает в фотоприемник, можно получить данные об индикатрисе рассеяния, а именно:
где L - расстояние от входной диафрагмы прибора до фотоприемника; г -полуширина фотоприемника; 6 - угол рассеяния на воздухе; iL и xL+AL -коэффициенты пропускания, измеренные у входной диаграммы прибора и на расстоянии ДЬ, соответственно.
Хорошо заметно, что отношение (2.10) действительно является функцией не только угла, но и длины волны. В частности, разница в пропускании между кривыми I и II достигает максимума 8% для длины волны в воздухе X 2,5-2,7 мкм, или в кристалле Хкр 1,1-1,2 мкм. Это свидетельствует о близости размеров рассеивающих неоднородностей к нескольким мкм. Углы рассеяния в кристалле 9 могут быть получены из углов рассеяния на воздухе G по очевидной формуле 9 = arcsin(sin 9/и), где п - показатель преломления. В качестве значений п(Х) выбирались усредненные значения п(А.) между показателями преломления для необыкновенного (ие) и обыкновенного лучей (п0): где a,b,c - коэффициенты; щ = 2,1799, ае = 2,3202; Ъ0 = 2,5568-10"2мкм2, Ье = 2,8532-10"2мкм2; с0 = 2,5622-10"3мкм\ се = 3,2808-10"3мкм4.
Приближение (2.12) оказывается оправданным, поскольку относительная погрешность при измерении коэффициентов пропускания имеет порядок 10", в то время как при совпадении направления первичного пучка с оптической осью [001] в кристалле парателлурита, для углов рассеяния в пределах 10 отношения [пе - п0]1пе имеют порядки, не превышающие 10" . Расчеты индикатрисы рассеяния по формуле (2.10) с учетом (2.11) и (2.12) показывают, что в диапазоне длин волн 2-5 мкм основная часть рассеянного потока (от 92 до 99%) сосредоточена в конусе с углом полураствора (в кристалле) менее 2 .
В видимом диапазоне рассеяние в парателлурите с пузырьками изучалось с помощью лазеров. Лазер с диодной накачкой на кристалле YAG:Nd с удвоением частоты давал поляризованное в вертикальной плоскости непрерывное излучение зеленого цвета с длиной волны 0,53 мкм и регулируемой мощностью от 5 до 500 мВт. Другой применявшийся лазер - это трехчастотный гелий-неоновый лазер с длинами волн излучения 0,63 мкм; 1,15 мкм; 3,39 мкм. Для измерений использовалось излучение только на первой длине волны 0,63 мкм мощностью 10 мВт, поляризованное в вертикальной плоскости. Третий, также гелий-неоновый одночастотный лазер давал неполяризованное излучение с длиной волны 0,63 мкм мощностью 2 мВт. Все лазеры генерировали на поперечной моде ТЕМоо с поперечным сечением пучка в виде круга с гауссовым распределением интенсивности по радиусу от центра. Ширина пучка w (по уровню е ) составляла у лазера на YAG - 2,9 мм, у газовых лазеров -2,4 мм.
Исследованные кристаллы парателлурита представляли собой прямоугольные параллелепипеды с отполированными гранями.
Анализ механизмов диффузионного роста пузырьков, их коалесценции и захвата кристаллами парателлурита
Из полученных зависимостей следует, что пузырьки, радиусы которых соответствуют ниспадающей ветви кривой dr/dx, могут уходить от фронта кристаллизации под действием результирующей силы, направленной вниз (Fpes 0). Для этого должны выполняться два условия: скорость роста должна быть меньше некоторой критической величины, в то время как осевой температурный градиент, напротив, должен быть больше некоторого критического значения. В данном случае теоретические выводы полностью совпадают с результатами экспериментов. Все кристаллы, в которых не было пузырьков, были получены в настоящей работе при весьма малых истинных значениях скорости роста V 1,4-10 6 см-с" . При этом гидродинамика расплава в тигле соответствовала режиму, обеспечивающему высокие осевые температурные градиенты G 10 К-см"1.
Зависимость, изображенная на рис. 27 представляется не вполне достоверной только в области самых больших радиусов пузырьков - время для роста пузырька диаметром 2,6 мм уже составляет 3-4 часа, что малоправдоподобно с учетом условий на ФК. К тому же факты говорят о полном отсутствии каких-либо пузырьков малых и средних размеров поблизости от крупных пузырьков. Поскольку самое вероятное объяснение этому - слияние (или коалесценция) близко расположенных пузырьков, в настоящей работе было предпринято компьютерное моделирование процессов коалесценции. При достаточно широких интервалах параметров функции распределения пузырьков по размерам, для расплава ТеОг экспериментально неизвестной, с качественной стороны развитие процесса происходит по одном и тому же сценарию - меньшие пузырьки притягиваются большими и поглощаются ими, новые пузырьки усредняются по размерам, их пространственное расположение приобретает квазиупорядоченный характер, после чего дальнейшая коалесценция прекращается. На рис. 28 представлены картины развития одного из таких модельных процессов.
Таким образом, есть все основания полагать, что самые крупные пузыри (диаметром 2-2,5мм) не самостоятельно доросли до таких размеров с помощью диффузного механизма, а являются результатом коалесценции большого количества мелких и средних пузырьков.
Понятие секториальности, введенное в кристаллографию в 30-40-е годы прошлого века Леммлейном, во многих случаях является чрезвычайно плодотворным при исследованиях структуры реальных кристаллов. Сам Г.Г. Леммлейн в работе [71] подчеркивал это следующим образом: «Вопросы изучения окраски кристаллов, внутренних напряжений в них, оптических аномалий и многих других проблем зачастую не могут быть расшифрованы до конца без учета секториальности строения исследуемого кристалла».
Физическая сущность явления секториальности состоит в том, что из-за анизотропии теплопроводности и вследствие различий в атомарной структуре граней с различными ориентациями, формирующиеся объемы кристалла, относящиеся к пирамидам роста граней с различными индексами, в итоге отличаются (иногда - существенно) по ряду параметров [97]. В них могут быть разными плотность дислокаций, концентрации примесей, остаточные механические напряжения и обусловленные ими оптические аномалии - свили, аномальная двуосность и другие искажения оптической индикатрисы. Секториальность в полупроводниковых кристаллах может также проявляться в различиях концентраций свободных электронов и дырок и величин удельного электросопротивления по пирамидам роста.
Что касается секториальности в распределении газовых пузырьков в кристаллах, то это достаточно редкое явление если и известно, то только для кристаллов природного происхождения. Автору не удалось найти публикаций, связанных с секториальным распределением пузырьков в искусственно-выращенных из расплава кристаллах. По-видимому, кристаллы а-ТеОг являются в отношении этого явления исключением, поскольку секториальное распределение в них пузырьков все же рассмотрено, хотя и не подробно, в нескольких работах. При этом секториальность в распределении в парателлурите примесей, дислокаций и механических напряжений исследована значительно полнее [55,56,74]. А между тем, исследование распределения пузырьков актуально не только для решения проблемы полного устранения захвата пузырьков этими кристаллами, но и с точки зрения необходимости более ясного представления о процессах, происходящих на межфазной границе при росте кристаллов из вязких, слаботеплопроводных расплавов, содержащих растворенные газы.
Очевидно, что на секториальное распределение пузырьков должны влиять в первую очередь силы, действующие в горизонтальной плоскости. Оценим силы, необходимые для удержания пузырька в неподвижном относительно кристалла положении. Для этого представим пузырек радиуса г, прилипший к фронту кристаллизации на расстоянии R от оси кристалла радиусом Rk, вращающегося с угловой скоростью П0.
Оптимальные кинематические и температурные параметры роста
Лежкость и товарные качества плодов в значительной степени зависит от технологии их выращивания. В связи с тем, что влияние системы содержания почвы и орошения на качество яблок в средней полосе было слабо изучено, возникла необходимость выявить влияние культурного задернений и полива на качество и лежкость яблок с учетом особенностей сортов для разработки практических рекомендаций хозяйствам. Работа проводилась в 1970,1972,1973 гг. совместно с заведующим отделом агротехники станции, кандидатом с.х.наук С.П.Масловым (Седова, Маслов,1975).
Варианты опыта: I) пар без полива; 2) пар + полив; 3) за -дернение без полива; 4) задернение + полив.
Установлено, что плоды сорта Пепин Шафранный по вариантам имели почти одинаковое количество Сахаров и аскорбиновой кислоты (таблица 84-).
В плодах с задернений содержалось растворимых сухих веществ 13,0 %, против 12,9 % с черного пара, аскорбиновой кислоты 8,1 мг% против 7,8 % и меньшим было содержание Р-активных веществ. Нет различий в кислотности плодов и сахаро-кислотном коэффициенте. Значительно большее влияние, чем задернение, на химический состав плодов оказало орошение. При поливе в плодах уменьшилось содержание растворимых сухих веществ, Сахаров и аскорбиновой кислоты. Так,в плодах с участка "пар без полива" сухих веществ было на 0,7 %, Сахаров на 0,5 % и аскорбиновой кислоты на 1,3 мг % больше, в ствнении с вариантом "пар+полив".
По сорту Антоновка Обыкновенная нами не выявлено существенного влияния системы содержания почвы и полива на химический состав яблок.
Полученные результаты согласуются с данными других исследователей (Семенова, 1973; Лукьян,1975; Шагина, Ульянов,1975). Было установлено, что товарных плодов при съеме сорта Пепин Шафранный в опыте с задернением было больше, чем при паровой обработке (таблица 85).
Наибольший выход товарных плодов был в варианте "задернение + полив" - 76,9 %, что достоверно отличается от других вариантов,
Плоды с участка задернения с поливом были самые крупные (61 г), хорошо окрашены. Это, по-видимому, можно объяснить тем, что при задернений почвы в плоды меньше поступает азота.
Плотность яблок и у Пепина Шафранного, и у Антоновки Обыкновенной с участков задернения без полива была выше, чем с черного пара. Так плотность мякоти яблок Пепина Шафранного с участ ка задернения была 466 г/мм , а с черного пара - 433 г/мм , у Р Антоновки Обыкновенной 520 и 433 г/мм соответственно.
У яблок сорта Антоновка Обыкновенная закономерной разницы по массе плодов в вариантах с разным содержанием почвы в саду не отмечено.
Таким образом, можно заключить, что в условиях Орловской и смежных областей замена черного пара культурным задернением с поливом не снижает товарности плодов, а для Пепина Шафранного создаются более благоприятные условия формирования товарных качеств
Плоды с участков разной системы содержания почвы закладывали на опытное хранение в холодильник при температуре +2С и в камере с РГС (сорт Пепин Шафранный).
Установлено, что плоды с задерненных участков сада лучше хранятся и имеют меньше потерь, чем с пара. Плоды Пепина Шафранного урожая 1971 года после 168 дней хранения в холодильнике имели товарных плодов с участка задернения - 80,3 %, ас черного пара - 75,4 %. В регулируемой газовой среде также лучше сохраняются яблоки с участков задернения, чем с черного пара (таблица 86). В варианте"черный пар + полив отходов на конец хранения было 3,2 , тогда как в варианте"задернение + полив отходы составляли всего лишь 1,7 %.
