Зонная плавка

ЗОННАЯ ПЛАВКА, процесс перекристаллизации твёрдого вещества, осуществляемый путём создания в обрабатываемом изделии (прутке, слитке) узкого расплавленного участка (так называемой зоны) и его медленного перемещения вдоль изделия. При этом образуются две межфазные границы зоны - поверхности раздела твёрдой и жидкой фаз: на одной происходит плавление, на другой - кристаллизация. Для расплавления используются индукционный, электронный, плазменный и другие виды нагрева. В процессе плавки либо нагреватель смещается относительно неподвижного образца, либо образец - относительно нагревателя (обычно скорость перемещения расплавленной зоны по образцу 0,1-10 мм/мин, соотношение ширины расплавленной зоны и длины образца около 1:10). Различают зонную плавку контейнерную (для материалов, не взаимодействующих с материалом контейнера) и бестигельную (для материалов с достаточно высоким поверхностным натяжением в жидком состоянии, например Si, Ge, Nb, Mo; образец устанавливается вертикально). Для удержания расплавленной зоны от растекания (в случае высокой жидкотекучести материала) применяют различные технологические приёмы, например, зонную плавку проводят в магнитном поле.

Зонная  плавка широко применяется для получения особо чистых материалов (металлов, ПП, диэлектриков, органических и неорганических соединений и др.) с содержанием примесей до 10^-7-10^-9% (зонная очистка), легирования и равномерного распределения примеси по слитку (зонное выравнивание), выращивания монокристаллов и др. Зонная очистка основана на том, что по мере продвижения расплавленной зоны происходит перераспределение по длине образца содержащихся в материале примесей вследствие различия растворимости примесей в твёрдой и жидкой фазе. Зонное выравнивание заключается в попеременном перемещении расплавленной зоны от начала образца к концу и обратно, в результате чего происходит равномерное распределение примесей и легирующих добавок по длине слитка. Выращивание монокристаллов осуществляют при использовании затравочного кристалла (монокристаллического зародыша). В месте стыка затравочного кристалла со стержнем, подлежащим перекристаллизации, создаётся расплавленная зона, захватывающая как часть стержня, так и часть затравки. При оптимальном подборе параметров зонной плавки формируется монокристаллическая структура.

Зонная  плавка впервые использована в 1927 году для очистки железа, в 1952 для получения германия высокой степени чистоты. В начале 1950-х годов В. Пфанн (США) сформулировал основные положения зонной плавки, провёл фундаментальные исследования в области теории и аппаратурного оформления процесса.

Лит.: Пфанн В. Зонная плавка. 2-е изд. М., 1970; Девятых Г. Г., Еллиев Ю. Е. Глубокая очистка веществ. 2-е изд. М., 1990; Девятых Г. Г., Бурханов Г. С. Высокочистые тугоплавкие и редкие металлы. М., 199З.