Лекция 1 3 страница

Хорошие результаты дает способ достаточно быстрого выращивания, главным образом, затравочных кристаллов в статическом режиме. При нагревании приготавливается насыщенный раствор соли, который переливается в предварительно прогретый горячей водой цилиндрический сосуд Дьюара. В горячем растворе подвешивается кристалл. Сосуд плотно закрывают картонной крышкой с глубокими краями и помещают в бочонок или деревянный ящик, наполненный ватой или сухими древесными опилками (рис. 4.5). Чем лучше изолирован сосуд, тем медленнее охлаждение и тем более совершенным вырастает кристалл. Вскрывают ящик через несколько суток, кода температура раствора снизилась до температуры помещения.

5) Кристаллизация посредством испарения растворителя

Если вещество обладает малым к.т.р., то пересыщенные его растворы целесообразно получать путем испарения растворителя при постоянной температуре раствора. Испарение растворителя можно регулировать током сухого воздуха, который проходит над поверхностью раствора, увлажняется и удаляется через отверстие в крышке кристаллизатора. Выращивание кристаллов сернокислого лития Li₂SO₄ · H₂ производится при высокой температуре (95 – 100 ^оС) из слабокислых растворов (рН 4,5 – 5). При этом используются термостатированные стеклянные кристаллизаторы емкостью около 9 л, схематически изображенные на рис. 4.6. Отвод конденсата осуществляется сифоном. Кристаллы выращивают с подпиткой – по мере слива конденсата добавляется свежий раствор. Для этого кристаллизатор соединяют с сосудом, из которого по принципу сообщающихся сосудов раствор непрерывно поступает в кристаллизатор. Подачу раствора необходимо вести плавно и в количествах, равных количеству сливаемого конденсата. Кристаллоносцем служит вертикальная ось из титана с ввинчивающимися в нее горизонтальными отростками, которая заканчивается цанговыми зажимами для укрепления стержневых затравок. Ось кристаллоносца проходит через укрепленный на крышке кристаллизатора стеклянный шариковый холодильник, служащий для возврата конденсата.

В кристаллизаторе на высоте 2 – 3 см укреплено ложное дно, в центре которого имеется отверстие диаметром около 5 см. Паразитические кристаллы отбрасываются движением раствора под ложное дно, где возможность их роста ограничена и они не мешают развитию основных кристаллов.

Удлинение затравки (4 – 5 см) совпадает с осью Z кристалла (рис. 4.6), а ее сечение для облегчения регенерации берется минимальным, обычно 3 мм.

Исходя из размеров установленных затравок, габитуса кристаллов и заданной скорости их роста рассчитывается суточный график слива конденсата на весь цикл выращивания.

Выращивание производится со скоростью 3 мин / сут по оси y в обоих направлениях. По окончании выращивания раствор сливается и кристаллизатор медленно охлаждается до комнатной температуры, после чего снимают кристаллы. Т.о., за 40 – 60 сут получают кристаллы до 400 г. Выращиваемые динамическим методом ограненные кристаллы сульфата лития редко свободны от трещин, что нужно отчасти отнести за счет анизотропии скоростей роста различных граней.

Крупные, визуально однородные кристаллы сульфата лития без трещин возможно выращивать в форме ориентированных блоков. Получение таких кристаллов в вынужденной форме производится уже в статическом режиме. В качестве затравки используется пластинка, вырезанная параллельно одной из медленно растущих граней (100) кристалла. Она укладывается строго горизонтально на дно круглого стеклянного стакана и целиком его покрывает. В неподвижном растворе конвекционные потоки устремляются вверх от любой точки горизонтальной поверхности кристалла, непрерывно перемешиваясь на ней. В случае возникновения микровозвышений рост их тормозится восходящими потоками, который задерживается там до тех пор, пока соседние участки грани не догонят их в росте. Такой механизм роста позволяет получить визуально однородные кристаллы достаточно большого сечения и нужной формы из неперемешиваемых сильно пересыщенных растворов.

В практике выращивание совершенных монокристаллов исключительно важно качество затравочных кристаллов, с уменьшением размера которых ослабевает их влияние на качество выращиваемых кристаллов.

6) Кристаллизация при тепловой конвекции раствора. Гидротермальный метод.

Пересыщение раствора задается разностью температур между зонами растворения исходной шихты и роста кристалла. Вещество, помещенное в более нагретую зону, растворяется и конвекционными потоками переносится в менее нагретую область раствора. Здесь раствор, становясь пересыщенным, отдает избыток вещества растущему кристаллу и возвращается в зону растворения.

Этим методам выращивают монокристаллы в водных растворах как при умеренных, так и при высоких температурах и давлениях (гидротермальный метод), а также в растворах в расплаве.

Одна из разновидностей метода температурного перепада – метод, основанный на использовании постоянного пересыщения в питающем растворе не за счет конвекционных потоков, а циркуляцией всей массы раствора. Два сообщающихся сосуда А и В соединены между собой двумя горизонтальными трубками (рис. 4.7). Каждый сосуд помещен в собственный водяной термостат, при этом температура левого термостата Т₂ выше температуры правого Т₁. В сосуде А подвешен мешочек с растворяемым веществом. Раствор, протекая через сосуд с этим твердым веществом при температуре Т₂, становится насыщенным, проходя через сосуд с более низкой температурой Т₁, в котором находится выращиваемый кристалл, - пересыщенным. Затраченное на рост кристалла количество вещества при повторном протекании восполняется за счет запасов вещества и т.д. Раствор приводится в движение турбинной мешалкой. Если необходимо вырастить большой однородный кристалл без правильной внешней огранки, всегда выгоднее поместить затравку на дно кристаллизатора (неоднородность будет наблюдаться у одной грани).

В настоящее время становится универсальным гидротермальный метод синтеза и выращиваниякристаллов.

Гидротермальный метод основан на способности водных растворов, находящихся под давлением в несколько сот и даже тысяч атмосфер при температуре 150 – 500 ^оС, интенсивно растворять труднорастворимые в обычных условиях соединения.

Кристаллизацию проводят в герметически закрытых стальных сосудах (автоклавах), способных выдержать длительное время высокие температуры и давления.

Растворы химически активны и для предохранения стенок от разъедания автоклавы футеруют титаном, серебром, платиной и др. материалами.

Гидротермальный синтез кристаллов происходит в изотермическом режиме (ΔТ = 0) без конвекционного массопереноса. Исходные компоненты шихты растворяются и одновременно вступают в реакцию с образованием труднорастворимых соединений на месте. Пересыщение, необходимое для кристаллизации тех или иных соединений, возникает за счет химических реакций.

Принципиально гидротермальный метод представляет собой выращивание кристаллов из раствора в температурном градиенте (ΔТ > 0), рост с подпиткой. Результатом градиента будут конвекционные потоки, возникающие вследствие разницы удельных весов жидкости в зоне растворения и зоне роста. Конвекция раствора сопровождается массопереносом.

Конвекция раствора в автоклаве во многом определяется и тем, что обычно в нем выращиваются такие труднорастворимые вещества, как силикаты, сульфиды, вольфраматы и т.д. При нагреве в силу большого температурного коэффициента расширения воды и малой концентрации насыщения раствор остается сравнительно легким и без затруднений поднимается вверх.

Т.о., процесс роста кристаллов в гидротермальных условиях распадается не во времени, но в пространстве на несколько стадий: растворение вещества в нижней зоне автоклава, перенос его в растворенном состоянии в зону роста, диффузия в растворе и поверхностные процессы.

7) Кристаллизация из раствора в расплаве

Кристаллизация из растворов в расплавах пользуются всякий раз, когда имеют дело с труднорастворимыми в обычных жидкостях, либо разлагающимися при нагревании или плавящимися при очень высокой температуре веществами.

Этот способ выращивания монокристаллов не требует ни создания давления, ни специальной атмосферы.

Кристаллизация из растворов в расплавах происходит из двухкомпонентной системы, где растворителем служит расплав какой-либо более легкоплавной подвижной соли. Поэтому работу по выращиванию кристаллов данным способом всегда начинают с детального изучения диаграмм состояния N-компонентных систем.

При подборе растворителя следует руководствоваться рядом общих требований.

Во-первых, растворитель и растворимое вещество в жидком состоянии должны смешиваться неограниченно, но в твердом состоянии не образовывать твердых растворов. Нежелательно образование каких-либо соединений затрудняющих кристаллизацию чистой компоненты. Возникающие промежуточные соединения могут портить растущие кристаллы, образуя в них различные включения. Выгоднее использовать тот растворитель, который образует с растворимым веществом наиболее низкотемпературную и близкую к ординате растворителя на фазовой диаграмме эвтектику.

Растворитель должен быть таким, чтобы в случае вхождения его в растущий кристалл он не повлиял на интересующие нас свойства кристалла.

Во избежание посторонних ионов растворитель должен иметь одноименный ион с кристаллизуемым веществом. Если это осуществить не удается, тогда во избежание изоморфных захватов радиусы ионов растворителя должны по возможности максимально отличаться от ионных радиусов растворенного вещества.

Желателен расплав-растворитель с малой вязкостью, и весьма существенно, что расплавленные хлориды щелочных металлов имеют вязкость примерно такую же, как вода или даже меньше. Упругость паров расплава-растворителя также должна быть возможно более низкая, чтобы избежать интенсивного испарения растворителя в процессе кристаллизации и, следовательно, изменения состава раствора, а также чтобы избежать возможность кристаллизации с поверхности. Наиболее просто это обеспечивается подбором растворите, температура плавления и кипения которого сильно различаются. Для того чтобы по окончании кристаллизации можно было легко отделить синтезированные кристаллы от соли растворителя, последняя должна растворяться в воде или в других доступных растворителях.

Растворимость веществ в расплаве какой-либо соли и ее температурную зависимость устанавливают, например, качественным анализом исследуемого расплава и его пробы, закаленной при фиксированной температуре, а также визуально-политермическим методом.

В визуально-политермическом методе растворитель при определенной температуре поддерживают расплавленным и в него при перемешивании засыпают мелкие частицы, лучше всего обломки кристалла. Затем ждут выравнивания температуры и вновь добавляют вещество, пока не возникнет осадок. В простой аппаратуре (рис. 4.8) таким образом были осуществлены многочисленные определения растворимости.

Аппаратуру, используемую для визуально-политермического метода, можно применять также для другого вида определения растворимости. Приготовляют насыщенный раствор и при помешивании его медленно охлаждают. При температуре, соответствующей точке насыщения, появляется осадок. Результаты могут быть искажены замедленным образованием зародышей. Поэтому рекомендуется в повышенной области насыщения в качестве затравки распылять тонкий кристаллический порошок. При определении значений растворимости этим количеством можно пренебречь.

Уменьшение веса кристалла также используют для определения растворимости. Для этого крупный кристалл нагревают с растворителем при различных температурах до насыщения, удаляют из расплава и затем расплав закаливают. Растворимость находят делением уменьшения веса заданного кристалла на вес растворителя. Необходимая однородность состава расплава достигается движением кристалла или перемешиванием.

С неизбежными ошибками связано определение растворимости методом закалки, при котором в изотермических условиях кристаллы до тех пор добавляют к растворяемому веществу в расплаве, пока не наступит насыщение и кристаллы не перестанут растворяться. Из охлажденной пробы после удаления избыточно введенных кристаллов отделяется растворитель. После фильтрации получают в остатке растворенный компонент в форме мелких кристаллов. Некоторая часть вещества при этом теряется, осаждаясь на избытке введенных кристаллов.

Растворимость можно также определять прямым извлечением пробы из насыщенного раствора. Для этого небольшой платиновый тигель на тонкой платиновой проволоке при температуре раствора в расплаве погружается в него выше осадка. Спустя некоторое время наполненный тигель извлекается и быстро охлаждается. Этим методом можно определять растворимость при различной температуре непрерывным образом, так как из достаточно большого тигля можно извлечь несколько проб при различных отношениях насыщения. Условия применения этого метода: осадок тяжелее раствора, взвешенное в расплаве вещество не попадает в пробы.

Кристаллизацию из растворов в расплавах можно осуществить: 1) медленным охлаждением насыщенного раствора при «самопроизвольном» зарождении отдельных кристаллов; 2) на затравке при снижении температуры в установленном режиме; охлаждение производится быстрее, чем в обычных растворах, - 0,5 – 3 ^о/ час; 3) на затравке путем испарения растворителя при постоянной температуре; 4) за счет переноса питательного материала со дна кристаллизатора к подвешенной в верхней его части затравке при определенной температуре градиента. Еще один способ получения монокристаллов из растворов в расплавах состоит в том, что зарождение и рост кристаллов фиксируется в участках с искусственным отводом тепла.

Выращивание посредством охлаждения раствора. Этот метод применяется для веществ, которые при высокой растворимости обладают большим температурным коэффициентом растворимости. Так как подъем кривой ликвидуса от системы к системе различен и изменяется внутри одной и той же фазовой диаграммы, управление температурой при постоянном пересыщении должно быть приспособлено к этому. При сильном наклоне этой кривой соответственно следует охлаждать медленно, так как иначе можно выйти за пределы метастабильной области, и возникнет множество мелких кристаллов.

Для реального процесса выращивания программная кривая должна быть скорректирована дополнительно.

1. Так как при росте кристалла потребность в веществе вследствие увеличивающейся поверхности растет, программа температура – время должна это учитывать и ускорять охлаждение.

2. Во время процесса выращивания может изменить состав расплава вследствие преимущественного испарения одного компонента. При сильном испарении растворителя снижение температуры следует замедлять.

3. Возрастание вязкости при снижении температуры уменьшает диффузию растворенного вещества к растущему кристаллу. Это можно скомпенсировать более медленным снижением температуры или ускорением вращения затравки.

Если метастабильная область очень узкая, то уже минимальные колебания температуры печи вызывают образование новых зародышей.

Новый вариант выращивания допускает контроль за образованием зародышей, обеспечивает хорошее снабжение граней роста материалом и одновременно препятствует конституционному переохлаждению. Эти условия роста создаются вращением тигля (рис. 4.9) с возрастающим и снижающимся ускорением и с переменой направления вращения. Интенсивное перемешивание вызывается тем, что расплав вблизи стенки тигля следует фактическому вращению с небольшим, но увеличивающимся к середине тигля замедлением. Вследствие этого слои различного движения приходят в соприкосновение, и это дает расплав с равномерной концентрацией материала.

Методы изотермического выращивания. Здесь имеются две возможности: выращивание в Т-градиенте, причем используется перепад концентраций в растворителе, и выращивание путем испарения растворителя. Для последнего метода требуется аппаратура, в которой коррозионное и вредное для здоровья действие паров солей устраняется их конденсацией или химической реакцией.

Процесс выращивание всегда идет по следующей схеме:

1. Смешивание исходных компонентов с растворителем.

2. Предварительное наплавление веществ для достижения высокой степени заполнения тигля.

3. Помещение наполненного тигля в аппаратуру для выращивания.

4. Гомогенное плавление.

5. Процесс выращивания.

6. Охлаждение; возможно декантирование расплавленного раствора перед затвердеванием.

7. Удаление кристаллов из тигля или обогащение и разделение содержимого тигля. Этот процесс выпадает, если выросший на затравке кристалл был извлечен еще перед затвердеванием расплава.

Экспериментальные трудности кристаллизации из растворов в расплавах определяются агрессивностью участников реакции, величиной Т и точностью ее поддержания.

Для простых опытов применяются стандартные тигельные печи с нагревательными обмотками, а при более 1000 ^оС – с силитовыми или канталовыми нагревательными стержнями, реже Рt – Rh-обмотками. С учетом теплоизоляции можно, изменяя положение нагревательного элемента, достичь в печи определенного Т-градиента. При применении печей с несколькими независимо регулируемыми нагревательными зонами Т-градиент можно установить точно и изменять во времени.

Медленное охлаждение тигля при множественном зародышеобразовании – простейший род кристаллизации и поэтому требует простой аппаратуры. Дальнейшее развитие этого вида выращивания представляет использование затравки (рис. 4.10). Чтобы достичь постоянного пересыщения, необходимо внести питательный материал в виде осадка и по возможности удерживать постоянный Т-градиент. При этом шихта находится по большей части в отдельном снабженном отверстиями сосуде. Для лучшего смешения раствор перемешивается, часто при вращении затравки.

Условием выращивания при изотермический условиях в Т-градиенте является возникновение в области кристаллизации высокого пересыщения. Аппаратурно это достигается применением охлаждаемого стержня или снижением температуры с помощью отдельной нагревательной обмотки.

Извлечение кристаллов из тигля затруднительно, когда растворитель не растворим в воде. При применении таких агрессивных растворителей, как кислоты или щелочи, существует опасность, что кристаллы тоже испытают действие коррозии. В таких случаях помогает простое декантирование еще жидкого расплава и слив через платиновое сито. Конечно. При этом кристаллы подвергаются внезапному температурному удару, последствия которого при известных условиях можно ликвидировать последующим отжигом.

В отдельных случаях применяются специальные методы отделения. Так, при выращивании гранатовых ферритов помимо кристаллов граната возникают также ортоферрит, окись железа (III) и магнетоплюмбит. В то время как последние два растворяются в азотной кислоте, гранат и ортоферрит, используя различные температуры Кюри, их можно разделить магнитом. Однако срастания уменьшают действенность этого метода.

Лекция 3.Выращивание монокристаллов из расплавов

1) Введение

Кристаллизация из расплавов во многом схожа с кристаллизацией из растворов, если расплавы представляют собой поликомпонентные системы. Такие системы можно рассматривать как растворы, кинетика кристаллизации из которых будет определяться условиями подачи строительного материала к растущему кристаллу и условиями отвода тепла от поверхности фазового перехода. Но в случае, когда расплав представляет собой однокомпонентную жидкую систему интересующего нас вещества, проблемы транспорта материала к растущему кристаллу не возникает, и кинетика кристаллизации целиком определяется условиями теплоотвода.

Все методы выращивания монокристаллов из расплавов основываются на выводах из кинетической теории роста кристаллов. Рост же возможен только тогда, когда вблизи поверхности кристалла поддерживается постоянный градиент температуры, что подразумевает наличие в кристаллизационной установке нагревателя и холодильника.

Иначе говоря, после возникновения зародыша скорость роста кристалла определяется лишь скоростью отвода скрытой теплоты кристаллизации от поверхности раздела между твердой фазой и расплавом. Тепло отводится через зародыш к какому-нибудь каналу, уводящему тепло или оно поглощается всем объемом переохлажденного расплава.

Используемое в практике кристаллизации уравнение теплового баланса имеет вид:

Q₁ = Q_ПЛg – Q_ПОТЕРЬ = 0, (4.11)

Q₁ – подводимое тепло; g – вес вещества; Q_ПЛg – скрытая теплота кристаллизации.

Методы выращивания монокристаллов из расплавов используются для тех веществ, растворимость которых в практически применяемых растворителях мала или имеет нулевой т.к.р., а также для веществ, метастабильная область растворов которых узка. Метод выращивания из расплавов применим для веществ с высокотемпературными полиморфными модификациями, а также для веществ, расплавы которых характеризуются узкой метастабильной областью, частично для веществ, плавящихся с разложением.

Наиболее распространенными дефектами кристаллов, выращенных из расплавов, являются напряжения, блочность, возникающие по различным причинам, начиная с появления тепловых конвенционных потоков, которые приводят расплав в движение и нарушают процесс кристаллизации. Правильное встраивание отдельных частиц в кристаллическую структуру затрудняется также из-за увеличивающейся вязкости расплавов вблизи точки затвердевания. Кроме того, при переходе из расплавленного состояния в твердое почти всегда скачкообразно уменьшается объем, в результате чего в растущем кристалле возникают субмикроскопические пустоты, которые из-за отмеченной высокой вязкости расплава не заполняются и вызывают замутненность кристалла.

Скорость, с которой кристалл растет из кристалла (от единиц до нескольких десятков мм / ч), весьма велика по сравнению со скоростями роста из растворов (сотые доли мм / ч) или из газов (мк / ч).

2) Изменение температуры при неподвижном тигле (метод Наккена – Киропулоса и Стронга - Штебера).

Метод Киропулоса характеризуется ростом кристалла под «зеркалом» расплава (рис. 4.13), при этом кристалл может подниматься и вращаться. Значительная часть растущего кристалла находится под поверхностью расплава, благодаря чему оказывается в «состоянии невесомости». Эта особенность метода Киропулоса благоприятствует получению крупных монокристаллов. Вообще-то при выращивании крупных монокристаллов – диаметром 150 мм – необходимость в подъеме кристалла отпадает, так как по мере роста кристалла уровень расплава опускается за счет сокращения его объема при кристаллизации.

Вращение кристалла обеспечивает усреднение температуры вокруг него, выделение газовых пузырьков из объема кристалла (вследствие действия центробежных сил). Однако вращение кристалла не должно превышать ~ 3 об / мин, в противном случае кристалл в силу выравнивания температур прекращает расти. Наконец, вращение благоприятствует поддержанию однородности расплава.

Метод Киропулоса позволяет достаточно легко выращивать кристаллы ряда щелочных галогенидов (NaCl, NaBr, KCl, KBr, KJ, RbCl, LiF). Качество выращиваемого кристалла зависит от ряда условий: стабильности температуры, скорости и равномерности ее снижения, чистоты исходного вещества, качества затравки, характера контакта между холодильником и затравкой, скорости циркуляции воды в холодильнике т.д. Ряд условий не поддается предварительному учету и выявляется только на практике.

На рис. 4.14 представлена схема простейшей установки, которая может быть использована в практикуме по росту кристаллов. Электрическая печь с нихромовым нагревателем рассчитана на температуру 1000 ^оС. Для регулирования температуры, измеряемой хромель-алюмелевой термопарой, используется электронный терморегулятор. Исходное вещество плавится в тигле, помещенном на специальной подставке внутри печи. Установка снабжена вращающимся холодильником – полым латунным цилиндром с вмонтированной

трубкой, которая охлаждается проточной водой. Холодильник подвешен на тросе и через блок уравновешен грузом, что позволяет очень плавно перемещать указанный холодильник по вертикали. Имеется приспособление для вращения холодильника вместе с растущим кристаллом. Вытягивание вращающейся затравки также происходит плавно.

Так как кристаллы KBr, NaJ вблизи температуры плавления заметно разлагаются с выделением ядовитых паров брома и йода, то кристаллизационная установка работает в вытяжном шкафу. Исходное вещество для опыта берется в различном виде в количествах в 2 – 3 раза больших, чем вес кристалла, который желательно получить.

Очень часто выращивание кристалла кончается неудачей, если не соблюдаются необходимые условия опыта. Прежде всего разогревание печи не должно быть слишком медленным. По достижении температуры плавления пользуются терморегулятором и его режим задается с таким расчетом, чтобы температура на 30 – 40 ^о превышала температуру плавления кристаллизуемого вещества. Этот перегрев необходим, чтобы устранить случайные центры кристаллизации и оплавить поверхность кристаллической затравки. Далее несколько снижают температуру для того, чтобы начался рост монокристалла. Однако вполне точно указать температурные условия трудно, и в каждом конкретном случае они устанавливаются опытным путем. Начало роста кристалла можно заметить по появлению вокруг затравки «серебристого кольца». Очень важно для успеха опыта правильное приготовление кристаллической затравки и ее крепление к торцу холодильника. Крепления могут быть проволочные, винтовые или цанговые. В качестве затравки берут спайный осколок готового кристалла небольших размеров. Она плотно прикрепляется к торцу холодильника. Соприкасающаяся с холодильником поверхность затравки должна быть ровной, чтобы обеспечить плотный контакт с торцом

Холодильник вместе с затравкой опускается в печь, но перед погружением в тигель затравку несколько минут держат над расплавом. После того как кристалл примет температуру, близкую к температуре расплава, можно медленно внести в него затравку на глубину 2 – 3 мм. Нормальный рост кристалла в начальный момент затрудняется, если температура расплава слишком высока или если расплав сильно переохлажден. В первом случае может произойти полное расплавление погруженной в расплав части затравки. Необходимо, передвигая ограничитель терморегулятор, понижать температуру расплава до тех пор, пока затравка перестанет плавиться и начнется процесс кристаллизации. Во втором случае от затравки будет расти поликристалл и необходимо повысить температуру настолько, чтобы расплавить этот поликристалл. Момент начала роста монокристалла, как указывалось, можно заметить по появлению вокруг затравки «серебристого кольца».

При нормальном течение опыта кристалл диаметром около 6 см вырастает за 3 – 4 ч. Готовый кристалл извлекают из расплава, соблюдая ряд предосторожностей. Прежде всего выключают печь, затем выращенный кристалл медленно поднимают из расплава. Щипцами, обернутыми асбестом, отламывают кристалл от затравки и оставляют на асбестовой сетке в печи, которую плотно закрывают крышкой. Печи вместе с кристаллом дают охладиться до комнатной температуры во избежание растрескивания. Только после этого кристалл вынимают.

Методом Штебера получают крупные и чистые монокристаллы таких несхожих веществ, как NaNO₃, металлический висмут и др. Фронт кристаллизации перемещается посредством регулируемого температурного градиента с помощью холодильника в нижней части печи. Скорость перемещения фронта кристаллизации определяется скоростью охлаждения, осуществляемого холодильником. Изотермические поверхности представляют собой горизонтальные плоскости.