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摘要：采用电阻加热Cz法，设计合理温场，优化工艺参数，生长出Φ120×100mm的NaCl晶体。讨论了热应力与晶体开裂的关系，得出了最大εmax=0.326。生长出大尺寸的晶体，必须降低轴向温度梯度、εTR和εmax，才能避免晶体开裂;计算了NaCl晶体的应变极化常数λ=0.590;分析了NaCl熔体结构，提出了准晶格动力学理论模型。
关键词：热应力;应变极化常数;熔体的准晶格动力学;NaCl
1.引言
氯化钠（NaCl）是通过较强的库仑引力结合的离子晶体，晶格能为722kJ/mol，结构稳定，熔点高和膨胀系数小等特性。透过波段为0.25-22 um，对可见光是透明的。在红外波段，吸收系数为4.8×10-6 cm-1，透过率大于90%，在远红外区有一特征吸收。可广泛的应用于红外光谱仪、分光光度计及红外装置的分光棱镜等领域。
NaCl晶体立方结构的特殊性，因此，可选择以NaCl为主体碱金属卤化物，开展熔体的准晶格动力学、固体晶格动力学的研究。同时，这种结构简单的碱金属卤化物体系，还可以作为晶体生长热力学和动力学的研究对象，具有重大的理论和技术价值。
本文采用电阻加热提拉法，生长出Φ130×80-100 mm的晶体。分析和讨论了热应力对晶体开裂的影响规律，提出了晶体最大的热应变与晶体轴向的轴向温度梯度的证明关系。计算了NaCl晶体的应变极化常数、分析了NaCl熔体结构的特性，提出了熔体的结构准晶格动力学理论模型。
2.晶体生长与热应力对晶体开裂的影响
2.1晶体生长
NaCl原料是北京化工厂生产的，纯度为3N。将原料放入200℃进行烘干，除去原料中的水分等杂质。用YE-2000A型压力试验机，在3MPa下压制10min，压成Φ200×5mm的多晶料。300℃烧结24h，获得多晶块料。
采用电阻加热Cz法，生长速率1-3mm/h，转速5 rap/m，循环水冷系统控制在20℃左右，在650℃、72h退火，消除应力。生长出晶体Φ120×100mm，无散射，完整性好，如图1所示。
2.2热应力对晶体开裂的影响
晶体生长过程中，发现晶体的最大应变（εmax）小于断裂应变（εc），即 εmax < εc。根据J.Brice理论，提出了εmax与轴向温度梯度（dT/dz）的关系式[1] ，如（1）所示
可以看出晶体表面的εmax与dT/dz成正比。为了防止晶体开裂，必须减小dT/dz。
在NaCl晶体的生长过程中，要求 εmax < εc，h、dT/dz和R 要限制在确定范围内。已知α=30.2×106K，h=0.01mm-1，R=60mm，dT/dz=3-5℃/mm，由（2）式可以计算出εmax =0.326，晶体中的热应力，热应变和εmax都与晶体生长液面上静态轴向温度梯度成正比。大尺寸NaCl 晶体生长中，必须降低dT/dz、εTR和εmax 才能避免晶体开裂。
2 NaCl熔体准晶格动力学理论
2.1 NaCl熔体结构和特性
NaCl熔体，在4：4，6：6和8：8的配位中，可替代的、规则离子的理论晶格能是相似的[ 2-5]。在Tm条件下，每个固体和液体的密度差异很小。针对NaCl型熔体，当电离能很小的金属原子Na和电子亲和能很大的非金属原子Cl互相接近时，前者可能失去最外层电子而成正离子，后者可能获得电子使电子层充满而成负离子，其间由于库伦引力而相互吸引，但当充分接近时，离子的电子云之间将产生排斥力。当吸引力和排斥力相等时可以形成稳定的离子键。
NaCl熔体模型为由两种离子所构成，如图2所示，其电荷分布主要为球面对称。
2.2 NaCl熔体的准晶格动力学理论
在Guggenheim基础上研究了NaCl熔体的结构与性质，从而提出了准晶格模型，进而提出以下假设，
1.NaCl熔体看作是两个离子相互作用形成的熔体，熔体中的各离子先固定在一定格子的格位上。各组分离子的大小和结构相似，它们能够在格位上彼此交换而不改变格子的结构，因此体积仅决定于离子的总数，过量体积为零;
4 结论
采用电阻加热 CZ 法，合理的工艺参数：1-3mm/h，转速5 rap/m，循环水温度为20℃，生长出尺寸为120mm×100mm的NaCl晶体;并对生长过程中的NaCl熔体结构和热应力进行了讨论分析，计算了NaCl晶体的应变极化常数和晶格能，为NaCl晶体和碱金属卤化物的进一步理论研究奠定了基础，为NaCl晶体在光弹性方面的应用开辟了新方向。
参考文献：
[1] J.C.Brice，Crystal Growth，42;427（1977）
[2] Galwey A K..Journal of Thermal Analysis & Calorimetry，2005，82（1）：23-40.
[3] Klokman V R，Lovtsyus G P，Mel'Nikova A A..Radiokhimiya for English Translation See Sov.radiochem，1959，1.
[4] Cherevko A G..Colloid Journal，2011，73（1）：128-134.
[5] Becker W，Stankowiak A.Corrosion-inhibited deicing composition based on alkali metal and/or alkaline earth metal halides，and method of melting snow and ice on traffic areas using the composition：US，US 5922241 A[P].1999.
[6] 張宗燧.多元多原子分子的固溶体[J].物理学报，1959.
[7] 田茹.电解质模型流体的Monte Carlo分子模拟和集团展开理论研究[D].北京化工大学，2003.
[8] Henderson，D.，Barker，J.A.and Kim，S.（1969），Theory of the liquid state.Int.J.Quantum Chem.，3：265-292.doi：10.1002/qua.560030730
[9] J.Chem.Soc.，Faraday Trans.，1994，90，113，Corresponding States Theories and liquid Models.J.Discussions of the Faraday Society.
[10] Sarkar KK，Goyal SC（1980）Phys Rev 21：879
[11] Van Vechten JA（1969）Phys Rev 187：1007
（作者单位：1.吉林建筑大学;2.长春理工大学）
关键词：热应力;应变极化常数;熔体的准晶格动力学;NaCl
1.引言
氯化钠（NaCl）是通过较强的库仑引力结合的离子晶体，晶格能为722kJ/mol，结构稳定，熔点高和膨胀系数小等特性。透过波段为0.25-22 um，对可见光是透明的。在红外波段，吸收系数为4.8×10-6 cm-1，透过率大于90%，在远红外区有一特征吸收。可广泛的应用于红外光谱仪、分光光度计及红外装置的分光棱镜等领域。
NaCl晶体立方结构的特殊性，因此，可选择以NaCl为主体碱金属卤化物，开展熔体的准晶格动力学、固体晶格动力学的研究。同时，这种结构简单的碱金属卤化物体系，还可以作为晶体生长热力学和动力学的研究对象，具有重大的理论和技术价值。
本文采用电阻加热提拉法，生长出Φ130×80-100 mm的晶体。分析和讨论了热应力对晶体开裂的影响规律，提出了晶体最大的热应变与晶体轴向的轴向温度梯度的证明关系。计算了NaCl晶体的应变极化常数、分析了NaCl熔体结构的特性，提出了熔体的结构准晶格动力学理论模型。
2.晶体生长与热应力对晶体开裂的影响
2.1晶体生长
NaCl原料是北京化工厂生产的，纯度为3N。将原料放入200℃进行烘干，除去原料中的水分等杂质。用YE-2000A型压力试验机，在3MPa下压制10min，压成Φ200×5mm的多晶料。300℃烧结24h，获得多晶块料。
采用电阻加热Cz法，生长速率1-3mm/h，转速5 rap/m，循环水冷系统控制在20℃左右，在650℃、72h退火，消除应力。生长出晶体Φ120×100mm，无散射，完整性好，如图1所示。
2.2热应力对晶体开裂的影响
晶体生长过程中，发现晶体的最大应变（εmax）小于断裂应变（εc），即 εmax < εc。根据J.Brice理论，提出了εmax与轴向温度梯度（dT/dz）的关系式[1] ，如（1）所示
可以看出晶体表面的εmax与dT/dz成正比。为了防止晶体开裂，必须减小dT/dz。
在NaCl晶体的生长过程中，要求 εmax < εc，h、dT/dz和R 要限制在确定范围内。已知α=30.2×106K，h=0.01mm-1，R=60mm，dT/dz=3-5℃/mm，由（2）式可以计算出εmax =0.326，晶体中的热应力，热应变和εmax都与晶体生长液面上静态轴向温度梯度成正比。大尺寸NaCl 晶体生长中，必须降低dT/dz、εTR和εmax 才能避免晶体开裂。
2 NaCl熔体准晶格动力学理论
2.1 NaCl熔体结构和特性
NaCl熔体，在4：4，6：6和8：8的配位中，可替代的、规则离子的理论晶格能是相似的[ 2-5]。在Tm条件下，每个固体和液体的密度差异很小。针对NaCl型熔体，当电离能很小的金属原子Na和电子亲和能很大的非金属原子Cl互相接近时，前者可能失去最外层电子而成正离子，后者可能获得电子使电子层充满而成负离子，其间由于库伦引力而相互吸引，但当充分接近时，离子的电子云之间将产生排斥力。当吸引力和排斥力相等时可以形成稳定的离子键。
NaCl熔体模型为由两种离子所构成，如图2所示，其电荷分布主要为球面对称。
2.2 NaCl熔体的准晶格动力学理论
在Guggenheim基础上研究了NaCl熔体的结构与性质，从而提出了准晶格模型，进而提出以下假设，
1.NaCl熔体看作是两个离子相互作用形成的熔体，熔体中的各离子先固定在一定格子的格位上。各组分离子的大小和结构相似，它们能够在格位上彼此交换而不改变格子的结构，因此体积仅决定于离子的总数，过量体积为零;
4 结论
采用电阻加热 CZ 法，合理的工艺参数：1-3mm/h，转速5 rap/m，循环水温度为20℃，生长出尺寸为120mm×100mm的NaCl晶体;并对生长过程中的NaCl熔体结构和热应力进行了讨论分析，计算了NaCl晶体的应变极化常数和晶格能，为NaCl晶体和碱金属卤化物的进一步理论研究奠定了基础，为NaCl晶体在光弹性方面的应用开辟了新方向。
参考文献：
[1] J.C.Brice，Crystal Growth，42;427（1977）
[2] Galwey A K..Journal of Thermal Analysis & Calorimetry，2005，82（1）：23-40.
[3] Klokman V R，Lovtsyus G P，Mel'Nikova A A..Radiokhimiya for English Translation See Sov.radiochem，1959，1.
[4] Cherevko A G..Colloid Journal，2011，73（1）：128-134.
[5] Becker W，Stankowiak A.Corrosion-inhibited deicing composition based on alkali metal and/or alkaline earth metal halides，and method of melting snow and ice on traffic areas using the composition：US，US 5922241 A[P].1999.
[6] 張宗燧.多元多原子分子的固溶体[J].物理学报，1959.
[7] 田茹.电解质模型流体的Monte Carlo分子模拟和集团展开理论研究[D].北京化工大学，2003.
[8] Henderson，D.，Barker，J.A.and Kim，S.（1969），Theory of the liquid state.Int.J.Quantum Chem.，3：265-292.doi：10.1002/qua.560030730
[9] J.Chem.Soc.，Faraday Trans.，1994，90，113，Corresponding States Theories and liquid Models.J.Discussions of the Faraday Society.
[10] Sarkar KK，Goyal SC（1980）Phys Rev 21：879
[11] Van Vechten JA（1969）Phys Rev 187：1007
（作者单位：1.吉林建筑大学;2.长春理工大学）