
【化】 zone melting; zone purification
區域熔煉(Zone Melting)是一種基于熔融-凝固過程的高純度材料提純技術,其英文對應術語為"zone refining"或"zone melting"。該工藝通過局部加熱形成狹窄熔區,利用雜質在固液相中分配系數的差異實現物質分離。
根據《中國冶金大詞典》定義,其核心原理在于:當移動加熱器時,熔區會攜帶雜質定向遷移,最終在材料末端富集并切除。這種方法可将金屬純度提升至99.9999%以上。美國材料學會(ASM International)的技術手冊指出,該技術的關鍵參數包括熔區移動速率(通常0.5-5 mm/min)、溫度梯度和循環次數。
在半導體工業中,區域熔煉被廣泛用于制備單晶矽。國際純粹與應用化學聯合會(IUPAC)數據顯示,經20次區域提純後,矽中硼雜質濃度可從106 atoms/cm³降至102 atoms/cm³。該方法由貝爾實驗室科學家William G. Pfann于1952年發明,其奠基性論文《Principles of zone melting》詳細論述了分凝系數對提純效果的影響機制。
區域熔煉(Zone Melting)是一種通過局部加熱和移動熔區來提純材料的技術,主要用于制備高純度金屬、半導體及有機化合物。以下是其核心要點:
技術原理
在材料錠條上形成狹窄熔區,并緩慢移動該熔區。利用雜質在固相(凝固态)和液相(熔融态)中的溶解度差異,通過多次熔化和凝固過程,逐步将雜質富集到材料的一端,從而實現提純。
關鍵參數為分布系數($K = frac{C_s}{C_L}$),其中$C_s$為固相雜質濃度,$C_L$為液相濃度。若$K<1$,雜質向熔區移動方向富集;若$K>1$,則反向富集。
數學表達
初始濃度為$C_0$時,凝固後的雜質濃度$C_s = K cdot C_0$。通過多次區域熔煉,雜質不斷被驅趕至末端,最終獲得高純度主體部分。
主要用途
技術優勢
最早于1920年代由英國科學家用于提純铋晶體,後由William G. Pfann在1952年系統發展為“區熔精煉法”(Zone Refining)。
如需更詳細的技術流程或具體案例,可參考搜狗百科及原創力文檔等來源。
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