結晶理論的應用實例
液態純金屬和合金的結晶都是形核和長大的過程，根據晶體形核和長大的機制及其規
律，控制其結晶過程，就可以獲得特殊組織和性能的材料，從而滿足工業上對不同性能材
料的要求。以下具體介紹結晶理論在單晶制備及區域熔煉中的應用。
單晶制備
單晶體是電子和激光技術中必須使用的重要材料，在金屬的研究中也常常用到單晶體。
單晶體制備的基本原理是設法使液體結晶時只有一個晶核形成并長大，它可以是事先
制備好的籽晶，也可以是液體中形成的晶核。在單晶體的制備過程中，嚴格防止形成多余
的晶核。這就要求材料有很高的純度，以免發生非均勻形核，還要保證凝固過程中不能達
到過冷度。單晶可用下面兩種方法制取。
1. 垂直提拉法
這種方法廣泛用于制取電子工業中所需的單晶硅，原理如圖(a)所示。
先將坩堝中的材料熔化，并使其溫度略高于材料的熔點，將籽晶夾在籽晶桿上，然后
使籽晶桿下降與熔體接觸，坩堝溫度下降的時候，向上提拉籽晶桿同時不斷旋轉。這樣
晶核以籽晶為核心不斷長大，形成單晶體。全部操作是在真空或有惰性氣體保護的環境中
進行的。
2. 尖晶形核法
其原理如圖(b)所示，其特點是先將材料熔化，然后使尖底形的坩堝緩慢退出爐子，
并使首先冷卻，控制冷卻條件，就可以在只形成一個晶核，這個晶核在坩堝出爐
過程中不斷長大，形成單晶體。區域熔煉
利用合金鑄造凝固時溶質重新分布的規律，開發了一種區域熔煉的金屬提純技術。區
域熔煉法可以制取純度非常高的晶體。
區域熔煉法是利用勻晶結晶的選分結晶原理進行的。它不是把材料的棒料全部熔化，
而是將棒料從一端順序的進行局部熔化。例如應用感應圈使合金棒加熱熔化一段并從左端
逐步向右端移動，凝固過程也隨之進行。當熔化區走完一遍，溶質雜質逐步向右遷移，使
左端高熔點組元純度提高。經過多次重復，棒左端高熔點組元純度即可達到預期結果，如
圖 所示。