В книге дано описание синтеза в расплаве и направленной кристаллизации высокотемпературных оксидных соединений методом прямого высокочастотного нагрева в холодном тигле. Наибольшее внимание уделено оксиду циркония, для стабилизации кубической структуры которого использовались оксиды иттрия, кальция и редкоземельных элементов. Варьирование состава и легирующих элементов позволило получить широкую гамму крупных кристаллов с разнообразными физическими и оптическими свойствами и твёрдостью лишь немного уступающих алмазу. Они успешно используются в ювелирном производстве, а также в технике и науке. В книге проанализированы происходящие в кристаллах фазовые превращения, оптические и механические свойства.

Для инженеров-технологов, конструкторов приборов на основе новых кристаллов, а также преподавателей технологических вузов.

Многим современным отраслям науки, техники и промышленности для успешного развития необходимы тугоплавкие оксидные монокристаллы, стёкла с температурой плавления выше 2000 °С, плавленые керамические материалы. Можно назвать целый ряд важных народнохозяйственных и научно-технических задач, решение которых задерживается из-за отсутствия материалов, устойчивых к высоким температурам, агрессивным средам. Например, пока ещё не существует электрических нагревательных печей, способных работать при температурах выше 2000 °С в окислительной атмосфере, поскольку обычные нагреватели из карбида кремния или дисилицида молибдена такую температуру обеспечить не могут. Между тем высокотемпературные нагревательные устройства, работающие на воздухе или в атмосфере кислорода, крайне нужны для различных технологических процессов: отжига кристаллов, синтеза люминофоров, спекания керамических изделий, получения ситаллов и т.п. Создание материалов одновременно электропроводных и устойчивых к воздействию окислительной атмосферы при температурах около 2000 °С, представляет собой актуальную технологическую проблему. Можно назвать и такие задачи, как создание высокооднородных и устойчивых к коррозии огнеупорных материалов для интенсификации пирометаллургических процессов и повышения качества выплавляемых легированных сталей и сплавов, твёрдых электролитов для химических источников тока, искусственных ювелирных камней и для многих других областей.

Отсутствие названных материалов или их низкое качество обусловлены в основном технологическими трудностями. Дело в том, что используемые в настоящее время способы получения поликристаллических керамических высокотемпературных материалов страдают существенными недостатками, отражающимися на качестве получаемых из них изделий. Так, основной недостаток метода спекания порошковой шихты при температурах ниже точки плавления состоит в том, что синтез соединений в твёрдой фазе идёт не до конца, в результате продукт реакции содержит в себе примеси фаз не прореагировавших компонентов, что сильно ухудшает термостойкость и другие свойства керамики. При изготовлении плавленных материалов в дуговой печи происходит загрязнение их продуктами сгорания электродов; тепловые поля при этом крайне неоднородны, что приводит к фракционированию материала. Многие вещества, как например окислы кальция или соединения на их основе, вообще не могут быть получены в достаточно чистом состоянии путём дугового плавления. Наконец, для выращивания монокристаллов высокотемпературных соединений из расплава требуются тигли из материалов, способных выдерживать высокие температуры и химически не взаимодействовать с расплавом. Круг таких материалов крайне узок, наиболее пригодный из них металлический иридий — дефицитен, окисляется при повышенных температурах на воздухе и, кроме того, не может использоваться при температурах выше 2100—2150 °С. Остальные металлы обладают либо низкой, по сравнению с иридием температурой плавления, либо химически взаимодействуют с расплавом, загрязняя его.

Указанные выше трудности позволяет преодолеть созданная в Физическом институте им. П. Н. Лебедева Российской Академии наук технология плавленых керамических материалов и оксидных высокотемпературных монокристаллов на основе прямого высокочастотного (ВЧ) плавления в холодном контейнере. Созданы промышленные установки, технологии плавления и направленной кристаллизации большого числа оксидных материалов простого и сложного состава, исследованы свойства полученных новых материалов и изделий на их основе.

В представляемой читателям книге академика В. В. Осико и профессора Ю. С. Кузьминова, известных специалистов в области выращивания и исследования кристаллов, обобщён обширный экспериментальный и теоретический материал по технологии плавления и кристаллизации высокотемпературных диэлектриков, полученных как в Научном центре лазерных материалов и технологий Института общей физики РАН, так и в мировой практике. Представленная книга несомненно будет полезной для химиков-технологов, студентов соответствующих специальностей и будет способствовать прогрессу в области создания новых материалов и технологий.

ПРЕДИСЛОВИЕ
A. M. Прохоров,
Лауреат Нобелевской премии,
академик
(Это предисловие было написано A. M. Прохоровым к книге «Фианиты». Наука, 2000).

Кристаллы кубического диоксида циркония (фианиты)

Книги на ту же тему

1. Физико-химические аспекты технологии кристаллов сложных оксидов для твердотельных лазеров, Кузьминов Ю. С., ред., 2002
2. Лазерные материалы: Избранные труды, Осико В. В., 2002
3. Фианиты. Основы технологии, свойства, применение, Кузьминов Ю. С., Осико В. В., 2001
4. Сложные алмазоподобные полупроводники, Горюнова Н. А., 1968
5. Лекции по физике твёрдого тела: Принципы строения, реальная структура, фазовые превращения, Жданов Г. С., Хунджуа А. Г., 1988
6. Квантовая теория явлений электронного переноса в кристаллических полупроводниках, Зырянов П. С., Клингер М. И., 1976
7. Спектроскопические свойства активированных лазерных кристаллов, Гёрлих П., Каррас Х., Кётитц Г., Леман Р., 1966
8. Теория кристаллического поля и оптические спектры примесных ионов с незаполненной d-оболочкой, Вонсовский С. В., Грум-Гржимайло С. В., Черепанов В. И., Мень А. Н., Свиридов Д. Т., Смирнов Ю. Ф., Никифоров А. Е., 1969
9. Гиротропия кристаллов, Кизель В. А., Бурков В. И., 1980
10. Статистическая теория фазовых превращений, Гейликман Б. Т., 1954
11. Фазовые переходы на границах зёрен, Страумал Б. Б., 2003
12. Термодинамика фазовых переходов в сегнетоактивных твёрдых растворах, Ролов Б. Н., Юркевич В. Э., 1978
13. Литейные жаропрочные сплавы. Эффект С. Т. Кишкина, Каблов Е. Н., ред., 2006
14. Химическая термодинамика. Избранные главы для пирометаллургов, Крестовников А. Н., Вигдорович В. Н., 1962
15. Диаграммы фазового равновесия в металлургии, Райнз Ф., 1960
16. Глобальная эволюция Земли и происхождение алмазов, Сорохтин О. Г., Митрофанов Ф. П., Сорохтин Н. О., 2004
17. Алмаз. Легенды и действительность, Милашев В. А., 1976
18. Израиль и Индия — два полюса мирового алмазобриллиантового рынка, Фридман А. А., Вечерина О. П., 2008
19. Ювелирные камни. — 2-е изд., перераб. и доп., Корнилов Н. И., Солодова Ю. П., 1987
20. Редкоземельные металлы, Комиссарова Л. Н., Плющев В. Е., ред., 1957