Процессы кристаллизации
Получение чистых лекарственных веществ связано с методами многократной кристаллизации и перекристаллизации в водных и неводных растворителях. Ультразвук в зависимости от режима ультразвуковой обработки, степени перенасыщения раствора, температурного фактора и т.д. может значительно ускорить процесс кристаллизации неорганических соединений [7]. Ускорение кристаллизации осуществляется за счет растворения мелких кристаллов.Для этих же целей возможно использование диспергирующего действия ультразвука, который дробит кристаллы. Последние в свою очередь становятся новыми центрами кристаллизации, вновь дробятся и т.д. Процесс зарождения кристаллизационных центров становится лавинообразным. Так, при кристаллизации переохлажденных расплавов некоторых веществ, используемых в химико-фармацевтической промышленности (хлорида аммония, серы, салола, тимола, бетола, пиперидина, бензофенола, хлортетрациклина и др.), образование центров кристаллизации без ультразвука отмечалось через 5—8 ч, при применении ультразвука — через несколько секунд.
Ускорение процессов кристаллизации отмечается на стадии кавитации, когда диспергирующий эффект наибольший. Ультразвук можно использовать в ряде технологических операций при выращивании кристаллов полупроводниковых соединений, например при синтезе соединений из исходных компонентов, составляющих сплав.
Применение ультразвукового воздействия с частотой колебаний около 20 кГц позволяет резко интенсифицировать процесс, поскольку в кавитационном режиме возникают сильные микро - и макропотоки, снимающие диффузионные ограничения. Например, при растворении теллурида кадмия (Tпл=1100оС) в расплаве теллурида ртути при температуре, близкой к температуре ликвидуса тройного соединения, скорость растворения при ультразвуковом воздействии увеличивается почти на три порядка, что позволяет резко сократить время синтеза.
Применение ультразвукового воздействия позволяет улучшить осевую однородность распределения примесей и компонентов сплава за счет интенсификации тепло- и массообменных процессов. Однако специфика ультразвуковой обработки заключается в том, что наиболее эффективное воздействие происходит при образовании в расплаве кавитации, а кавитационные эффекты обусловливают разрушение фронта кристаллизации и вызывают образование мелкозернистой структуры слитка, поэтому интенсивный ультразвук нецелесообразно использовать при получении монокристаллических образцов кристаллизационными методами.
В тех случаях, когда ставится задача получения поликристаллических слитков, применение ультразвука весьма перспективно, ультразвуковая обработка в процессе кристаллизации позволяет получить однородный, безпористый материал с мелкозернистой структурой.
Определенный практический интерес представляет применение ультразвука в процессах выращивания профилированных изделий по методу Степанова, т. е. вытягиванием из расплава через фильеру, профиль отверстия которой определяет форму выращиваемого кристалла. Подведение ультразвуковых колебаний к расплаву или непосредственно к фильере существенно влияет на протекание процесса. Многочисленные экспериментальные исследования показали, что воздействие ультразвука увеличивает жидкотекучесть расплава и смачиваемость им твердой поверхности. Данные эффекты стабилизируют процесс выращивания профилированных кристаллов, однако до сих пор не существует физической модели, удовлетворительно объясняющей наблюдаемые явления.
