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第一章晶体生长的热力学基础及成核理论 唐棣生1

1.1 引言1

1.2 热力学基础知识2

1.2.1 热力学第一定律2

1.2.2 热力学第二定律3

1.2.3 开启系的化学势4

1.2.4 焓、亥姆霍兹自由能、吉布斯自由能5

1.2.5 熵的统计力学解释7

1.2.6 热容11

1.2.7 热力学第三定律13

1.2.8 理想气体的化学势14

1.2.9 凝聚相的化学势15

1.3 相平衡及相变16

1.3.1 热平衡17

1.3.2 力学平衡18

1.3.3 传质平衡19

1.3.4 相律20

1.3.5 相变23

1.4 相图27

1.4.1 单元系相图27

1.4.2 二元系相图29

1.4.3 三元系相图42

1.5 晶体生长的成核过程51

1.5.1 相变驱动力52

1.5.2 均匀成核过程55

1.5.3 临界晶核及其形成能59

1.5.4 核化速率64

1.5.5 非均匀成核68

1.6 晶体的平衡形态72

参考文献76

2.1 晶体生长形态77

第二章晶体生长动力学 张克从77

2.1.1 晶体生长形态与生长速率间的联系78

2.1.2 晶体生长的平衡形态79

2.1.3 晶体形态与其内部结构间的联系81

2.1.4 生长环境相对晶体生长形态的影响85

2.2 输运效应89

2.2.1 热量输运90

2.2.2 扩散93

2.2.3 边界层理论98

2.2.4 溶质的分凝系数101

2.2.5 熔体稳定性的判据105

2.3 生长界面的稳定性108

2.3.1 研究界面稳定性所应遵循的几个条件108

2.3.2 生长界面稳定性的判据110

2.3.3 分格结构117

2.4 界面结构模型119

2.4.1 完整突变光滑面模型120

2.4.2 非完整突变光滑面模型123

2.4.3 界面的粗糙度124

2.4 粗糙突变界面模型125

2.4.5 扩散界面模型129

2.5 生长界面动力学137

2.5.1 完整突变光滑面的生长138

2.5.2 非完整突变光滑面的生长152

2.5.3 粗糙突变界面的生长156

2.5.4 扩散界面的生长158

参考文献161

第三章从溶液中生长晶体 蒋民华163

3.1 溶液和溶解度164

3.1.1 溶液的概念164

3.1.2 溶解度和溶解度曲线166

3.1.3 饱和与过饱和170

3.1.4 溶液饱和温度、溶解度和过饱和度的测定174

3.1.5 溶剂的选择和水溶液的结构179

3.1.6 溶液的物理性质183

3.2 溶液生长中的平衡187

3.2.1 平衡和结晶过程的驱动力187

3.2.2 分配系数190

3.2.3 相稳定区和亚稳相的生长191

3.3 从溶液中生长晶体的方法195

3.3.1 降温法196

3.3.2 流动法（温差法）200

3.3.3 蒸发法202

3.3.4 凝胶法204

3.3.5 电解溶剂法207

3.4 水溶性单晶生长的完整性213

3.4.1 籽晶214

3.4.2 介质对晶体生长的影响216

3.4.3 水溶性晶体的常见缺陷和单晶完整性的控制223

参考文献228

第四章水热法晶体生长 经和贞230

4.1 水热结晶热力学231

4.1.1 高温高压下水的热力学特性231

4.1.2 A-H2O及A-B-H2O相分析234

4.1.3 水热溶解反应239

4.2 水热结晶动力学242

4.2.1 生长率的各向异性243

4.2.2 温差245

4.2.3 晶体的生长速率与溶液过饱和度的关系246

4.2.4 压力248

4.2.5 挡板249

4.2.6 溶剂（矿化剂溶液）的化学成分及其浓度249

4.3.1 高压釜251

4.2.7 培养体和生长面积251

4.3 水热法晶体生长技术251

4.3.2 高压釜的加热系统与温度控制259

4.4 几种典型晶体的水热合成259

4.4.1 人造水晶的水热合成259

4.4.2 碱性角闪石石棉的水热合成272

4.4.3 红宝石的水热合成276

4.4.4 其他晶体的水热合成281

参考文献283

第五章助熔剂法生长单晶 贾惟义285

5.1 助熔剂的物理化学性质287

5.1.1 助熔剂的类型287

5.1.2 助熔剂的选择288

5.1.3 熔点289

5.1.4 挥发性290

5.1.5 粘滞度292

5.1.6 溶解度294

5.2 助熔剂熔液中的相关系297

5.3 助熔剂晶体生长动力学302

5.3.1 三维成核302

5.3.2 稳态生长303

5.3.3 稳态生长条件307

5.4 助熔剂晶体生长——自发成核法309

5.4.1 缓冷法310

5.4.2 缓冷法的改进311

5.4.3 蒸发法315

5.4.4 助熔剂反应法316

5.5 助熔剂晶体生长——籽晶法318

5.5.1 助熔剂提拉法318

5.5.2 移动溶剂熔区法323

5.6.1 包裹体326

5.6 晶体缺陷及完整性的控制326

5.5.3 坩埚倾斜法和倒转法326

5.6.2 生长条纹327

5.6.3 位错329

5.6.4 替代式杂质及成分不均匀性330

5.7 助熔剂液相外延332

5.7.1 实验技术333

5.7.2 磁性石榴石薄膜生长336

5.7.3 液相外延动力学模型339

参考文献350

第六章从熔体中生长晶体 姜彦岛354

6.1 熔体生长过程的特点355

6.2 熔体生长的方法357

6.2.1 正常凝固法358

6.2.2 逐区熔化法362

6.3.1 结晶过程的驱动力364

6.3 熔体生长的一般原理364

6.3.2 溶质分凝以及晶体和熔体中的溶质分布367

6.3.3 热传输、温度分布和对流379

6.3.4 界面稳定性、组分过冷和分格结构393

6.4 提拉法的工艺问题和晶体完整性的控制400

6.4.1 提拉法的工艺问题400

6.4.2 缺陷的形成和晶体完整性的控制413

参考文献429

第七章坩埚下降法 孙建仁432

7.1 温度梯度的影响432

7.2 固－液界面的形状和位置434

7.2.1 固－液界面的形状和位置的影响434

7.2.2 “无限长”坩埚固－液界面位置和形状436

7.2.3 有限长坩埚中的固－液界面移动速度442

7.3 晶体中杂质的分布444

7.4.1 晶种的培育和坩埚形状447

7.4 晶种的培育和坩埚的选择447

7.4.2 坩埚材料449

7.5 结晶炉450

7.5.1 采用悬挂坩埚的结晶炉450

7.5.2 采用冷却棒的结晶炉452

7.5.3 真空电阻炉453

7.6 结晶工艺过程454

7.7 其它类型的坩埚生长法457

7.7.1 用液封垂直梯度凝固技术生长GaP单晶457

7.7.2 热交换法459

7.7.3 合成溶质扩散法生长GaAs(1-x)Px459

参考文献460

第八章焰熔法生长宝石等晶体 张乐？、吴星461

8.1 焰熔法概述461

8.2.1 宝石的成分、性能和用途463

8.2 宝石的成分、性能、晶体形态和结构463

8.2.2 宝石的形态和结构464

8.3 焰熔法生长宝石原料的制备468

8.3.1 原料的合成468

8.3.2 铝铵矾的提纯468

8.3.3 铝铵矾的热解过程及人造宝石粉料的要求468

8.4 焰熔生长炉470

8.4.1 火焰的燃烧和燃烧装置470

8.4.2 供气系统和气压稳定装置473

8.4.3 结晶炉体结构474

8.4.4 下料系统及下降机械475

8.4.5 焰熔生长炉的自动控制476

8.4.6 盘状宝石与盘状宝石炉477

8.5 宝石的定向生长478

8.5.1 宝石的各向异性478

8.5.2 宝石的定向生长与成品率479

8.5.4 定向生长方法481

8.5.3 定向生长与晶体完整性等481

8.5.5 焰熔法生长宝石中出现的一些问题484

8.5.6 影响晶体质量的一些关键因素487

8.6 宝石晶体的退火处理487

8.7 焰熔法生长红宝石的完整性问题490

8.7.1 焰熔宝石的高位错密度491

8.7.2 红宝石的嵌镶结构及晶轴扭曲491

8.7.3 红宝石铬离子浓度分布及折射率的不均匀性493

8.7.4 其他493

8.8 焰熔法生长的现状和改进494

参考文献498

第九章合成云母 王国方、韩芃棣500

9.1 概况500

9.2 无坩埚内热法502

9.2.1 原理和工艺流程502

9.2.2 晶块内云母晶体的生长情况504

9.2.3 配料组成对晶体生长的影响512

9.2.4 工艺条件对晶体生长的影响514

9.2.5 内热法的特点及其改进516

9.3 坩埚下降晶种法518

9.3.1 生长工艺519

9.3.2 坩埚下降晶种法氟金云母的生长机理523

9.3.3 晶体宏观缺陷的成因530

9.3.4 坩埚下降晶种法的热工条件536

9.3.5 温度场的稳定性及其对生长的影响537

9.4 合成云母的结构、性能和特殊应用541

9.4.1 云母结构541

9.4.2 主要性能548

9.4.3 特殊应用554

参考文献560

第十章人造金刚石 沈主同562

10.1 碳的同素异形（构）体和多晶现象565

10.1.1 金刚石的结构特征566

10.1.2 石墨的结构特征571

10.1.3 白碳的结构特征572

10.2 人造金刚石的基本原理与形成机制的探讨574

10.2.1 直接法人造金刚石的形成机制576

10.2.2 熔（溶）媒法人造金刚石的形成机制584

10.2.3 外延法人造金刚石的形成机制605

10.3 人造金刚石的若干技术与工艺606

10.3.1 静压法人造金刚石606

10.3.2 动压法人造金刚石618

10.3.3 低压法人造金刚石621

10.4 金刚石晶体的形态和缺陷622

10.4.1 金刚石晶体的形态622

10.4.2 金刚石晶体中的缺陷628

10.5 超高压合成其它新材料632

参考文献635

第十一章晶体的不完整性及其观测技术 蒋培植、刘琳、车广灿、常英传、古元新、范海福639

11.1 晶体的不完整性639

11.1.1 晶体中的点缺陷640

11.1.2 线缺陷644

11.1.3 面缺陷654

11.1.4 体缺陷664

11.2 晶体不完整性的观测技术670

11.2.1 位错的光学观察670

11.2.2 激光光谱分析675

11.2.3 电子探针678

11.2.4 离子探针682

11.2.5 观察晶体缺陷的X射线形貌术692

11.2.6 电子显微分析技术703

参考文献721

索引727