導模法是從熔體人工製取單晶材料的方法之一，即邊緣限定薄膜供料提拉生長技術。它是將熔體放在留有毛細管狹縫的模具中，熔液借毛細作用上升到模具頂部，形成一層薄膜並向四周擴散，同時受種晶誘導結晶，模具頂部的邊緣可控制晶體呈片狀、管狀或所需的某種幾何形狀產出。這種方法用於定型生長單晶材料，也用於製取人造釔鋁榴石、釓鎵榴石、合成剛玉及合成變石貓眼等。
基本介紹
- 中文名：導模法
- 外文名：EFG technique（Edge-defined Film-fed Growth technique）
- 適用：定型生長單晶材料
- 學科：其他實用礦物與岩石
- 特點：生長界面遠離熔體表面
- 目的：從熔體人工製取單晶材料
簡介,特點,原理,工藝流程,
簡介
導模法(Edge-Definde Film-Fed Grawth，EFG)是在模具限定枝蔓生長方法基礎上發展起來的，最初是用於從熔體中生長α-Al2O3及其他如MgO、ZrO的晶體纖維，該方法在不斷改進。用這種工藝可以從AI2O3的熔體中直接生長出圓管、平板、矩形截面方管和任意截面形狀的管材，可以從熔體中直接生長藍寶石整流罩。與由單晶棒加工成整流罩相比有很大的優越性，節省材料，更重要的是因藍寶石硬度很大，節省了切割研磨加工成本。
特點
導模法作為一種晶體生長方法，和其他生長方法相比較，有以下一些特點：
(1)可以用一個很小的籽晶從熔體中生長各種形狀的Al2O3單晶體，如單晶棒、單晶管、多孔單晶管、單晶板、矩形截面單晶和圓桶狀單晶。
(2)單晶生長發生在毛細管的頂端面上，遠離坩堝中的熔體表面。因而通常要維持固一液界面的恆定，麗採取的坩堝升溫機構已經不需要了。
(3)生長界面附近及生長晶體中能夠很容易地用熱禁止和冷卻系統實現所預期的溫度分布，這是因為固一液界面的位置始終是維持不變的。因此，有可能實現很高的生長速率。
(4)生長界面遠離熔體表面，因而連續加料引起的熱擾動以及加熱功率變化引起的熱擾動傳遞到毛細管頂端時已經衰減得很小了，不會對生長的晶體造成影響。
(5)一個坩堝中可以同時生長許多直徑不等的單晶體。
原理
任何熔體的表面都存在有表面自由能，單位面積的自由能稱為表面張力，其方向平行於表面而且各個方向大小相等。熔體和氣體相接觸，接觸面稱為表面。熔體和固體接觸則接觸面稱為界面，當然，任何兩相相接觸的面都可以稱為界面。界面張力就是表面張力，界面張力的大小和兩相原子結合力的大小成反比，兩相間原子結合力越大則界面張力越小，原子結合力越小則界面張力越大。例如，水在玻璃板上，原子結合力強，界面張力小，而水銀在玻璃板上，原子結合力很小，因而，界面張力很大。
導模法就是基於毛細管作用生長藍寶石單晶體的一種方法，藉助於毛細管生長晶體的關鍵因素：
①毛細管材料的選擇，熔體一定要和毛細管材料是浸潤的。
②是毛細管材料浸入熔體中不會因熔解造成污染。在實驗上發現鉬用作Al2O3熔體的毛細管完全可以滿足上述兩個條件，它使藍寶石晶體中僅含有5×10-6的鉬。
工藝流程
導模法晶體生長方法就是利用了毛細管中液面上升的原理，但是晶體的生長不是發生在毛細管中，而是在毛細管的上表面。
導模法生長藍寶石裝置如下圖所示。
工藝流程圖(a)表示了所使用的模具，圖(b)則是晶體生長裝置示意圖，圖(c)是生長的晶體。在藍寶石晶體生長中所用的模具材料是鉬。一根鉬棒沿著縱向有若干毛細孔(直徑約0.7mm～0.75mm)位於一個圓周上。在模具下端每個毛細孔通過一個水平方向孔與外部相通，把模具放入坩堝中心位置。用感應加熱或電阻加熱熔化Al2O3碎塊(Al2O3的熔點約2050℃)，熔體通過模具水平側孔進入毛細管中。
