Затравочные кристаллы и способы их получения

Затравкой называется любой обломок кристалла или целый кристалл, который предназначен для разращивания его до более крупных размеров. Не следует путать затравку с зародышем — са­мопроизвольно возникшим или случайно попавшим в раствор цент­ром кристаллизации.

Максимальная величина затравки совершенно неопределима, и, в принципе, любой формы и величины кристалл может рассматри­ваться как затравка по отношению к получаемому более крупному кристаллу. Минимальная величина затравки зависит от удобства ее монтажа и особенностей постановки опыта. Основные требова­ния к затравке заключаются в следующем:

1) она должна быть монокристальной, без трещин и границ блоков;

2) должна по возможности не содержать включений;

3) не должна иметь острых краев;

4) должна быть по возможности выращена при тех же усло­виях, при которых предполагается ее разращивание;

5) затравку обычно предпочтительнее брать минимального размера.

Первое требование диктуется тем, что исходный сросток или исходный блочный кристалл при дальнейшем разрастании таковым и останется. Более того, качество кристалла (или качество от­дельных кристаллов, если говорить о сростке) будет ухудшаться, так как наличие границ раздела между соседними индивидами при дальнейшем росте благодаря кристаллизационному давлению при­водит к возникновению больших напряжений, появлению трещин и включений в кристаллах. В некоторых случаях «воспитывают» затравку, т. е. проводят многократные кристаллизации с целью по­лучения удовлетворительных результатов. При этом иногда прихо­дится начинать со сростка нескольких кристаллов. Его разращи­вают, выбирают лучшие участки кристаллов, снова разращи­вают— и так до получения достаточно совершенного монокрис­тального блока, пригодного в качестве затравки.

Второе требование не так категорично, но в целом ряде слу­чаев наличие включений маточного раствора внутри затравки обусловливает при дальнейшем ее разращивании пониженную од­нородность выращенного кристалла. Как упоминалось в гл. 1, от включений обычно тянутся пучки дислокаций, которые переходят в растущий кристалл.

Третье требование следует выполнять в случае применения ме­тодов выращивания, в которых существует опасность запаразичивания. При постановке опыта во время пребывания затравки еще в недосыщенном растворе от затравки в результате растворения

148

отрываются кусочки, которые могут дать начало паразитическим кристаллам.

Четвертое требование обосновано в § 3.10.

Пятое требование вызвано тем, что при регенерации затравки почти неизбежно возникают включения раствора, образующие так называемый фантом вокруг затравки (§ 3.10). Поэтому чем больше затравка, тем больше объем «плохого» материала внутри кристалла. Удобнее применять затравки размером не более 3—5 мм. Из крупных кристаллов их в ряде случаев получают про­стым выкалыванием, однако при этом в осколках возникают на­пряжения, дислокации и трещины. Поэтому для получения одно­родных затравок требуется выкалывать сравнительно крупные куски, которые затем растворяются до указанного размера. Рас­творение (а не обтачивание!) одновременно со снятием напряже­ний ликвидирует поверхностные микроскопические трещины и иные дефекты.

Кристаллизацию с целью получения затравок обычно ведут при испарении растворителя. Постановка опыта для получения затра­вок отличается от выращивания крупных монокристаллов только тем, что в раствор не помещается затравка (за ее отсутствием) и раствор не предохраняют от возникновения зародышей, а, наобо­рот, стараются вызвать их образование. Поэтому раствор не при­крывают после приготовления, с тем чтобы попавшая в кристалли­затор из воздуха пыль заразила раствор. В этом случае в крис­таллизаторе вырастут мелкие кристаллы, которые обычно можно использовать в качестве затравок. Если же возникла корка крис­таллов, т. е. зарождение было слишком бурным, следует, по воз­можности не сдвигая лежащие на дне кристаллы, перелить рас­твор в другой подогретый кристаллизатор и прикрыть его. В этом случае обычно на следующий день выпадают одиночные крис­таллы.

Если затравочные кристаллы имеют форму игл или пластинок и не удалось по тем или иным причинам изменить их форму на изометрическую указанными в § 3.10 способами, можно получить удовлетворительные результаты, последовательно разращивая за­травочный кристалл. Для этого из числа имеющихся кристаллов отбирают наиболее однородные и крупные. Одним из описанных способов они разращиваются до возможно более крупных разме­ров. После этого опять из числа лучших и наиболее крупных отби­рается несколько кристаллов, которые опять используются как за­травки для следующего этапа разращивания. Разумеется, при этом нет нужды разращивать целые кристаллы. Для этого из них выре­зают самые совершенные и большие участки в виде пластин, перпендикулярных к удлинению или уплощению кристалла. Этот прием трудоемок и длителен, но часто бывает незаменим и вполне, надежен. Таким путем в динамическом режиме роста, т. е. с при­менением скоростных методик выращивания, получают кристаллы дигидрофосфата аммония размером, достигающим первых десят­ков сантиметров. Аналогичным образом получают кристаллы винной

149

кислоты или гуанидиналюминийсульфата с толщиной в на­правлении минимальной скорости роста 10 мм и более.

Метод получения утолщенных кристаллов путем разращивания сростков (друз) описал А. А. Штернберг [1961].

Подготовленную затравку берут либо пальцами с надетыми на них напальчниками, либо фильтровальной бумагой, либо пинцетом с надетыми на него резиновыми трубками.