14 / 21
Об одном методе решения задачи кристаллизации многокомпонентного раствора…
ISSN 1812-3368. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки. 2017. № 5
131
Рост в условиях принудительного
охлаждения.
В начальный момент вре-
мени затравка
1
A B C
x x
приводится в
контакт с равновесным ей раствором
A−B−C. Температура на торцах ампулы
изменяется по закону:
0
( ) = ,
T t T t
где
0
T
— начальная температура соедине-
ния;
— скорость охлаждения;
t
—
время; боковая поверхность ампулы
теплоизолированная. Вследствие пони-
жения температуры раствор становится
пересыщенным, начинается процесс кри-
сталлизации. Распределение состава твер-
дой фазы на момент времени при раз-
личных значениях скорости =10
t
мин
охлаждения
приведено на рис. 4,
начальная толщина твердой фазы составляет
1
см. В расчетах число узлов в твер-
дой фазе составляло
*
4
=5 10 ,
i
остальные параметры приняты такими же, как и в
предыдущих расчетах. С увеличением скорости
рост кристалла происходит
быстрее. Так, при
= 0,1
K/мин за 10 мин толщина твердой фазы увеличивается
на
1
мкм, а при
= 0, 5
K/мин — на
4, 9
мкм. Кроме того, содержание AC в твер-
дой фазе снижается, поскольку кристаллизация происходит при более низкой тем-
пературе [20, 21].
Проведено исследование влияния теплообмена между боковой поверхностью
ампулы и окружающей средой на процесс кристаллизации. На торцах ампулы зада-
вали условия охлаждения, а на боковой
поверхности — условия контактного теп-
лообмена (11). Результаты расчетов пока-
зали, что если температура окружающей
среды ниже, чем температура внутри ам-
пулы, то теплообмен выступает в качестве
дополнительного механизма охлаждения,
поэтому рост кристалла происходит
быстрее (рис. 5). Таким образом, темпера-
туру окружающей среды можно исполь-
зовать как дополнительный регулятор
скорости роста кристалла.
Рост кристалла из недосыщенного
раствора.
При температуре
0
T
недосы-
щенный раствор компонентов A и B
в расплаве C, равновесный твердой фазе
0
x
при температуре
1 0
=
,
T T T
поме-
Рис. 4.
Распределение состава твердой
фазы на момент времени
t
= 10 мин
мин,
K) при
скорости охлаждения 0,1 (
1
), 0,25 (
2
),
0,5 (
3
) K/мин
Рис. 5.
Зависимость скорости движения
границы раздела фаз от времени
Вт/(K
·
см
2
),
K/мин,
K) при температуре окружающей
среды
= 780 (
1
), 773 (
2
) K и при
изоляции (
3
)