Зонная плавка. 
Общая и неорганическая химия

Обратимся теперь к распределению вещества между твердой фазой и ее расплавом. Как правило, К = Сраспл/Скрист? 1, и если твердое вещество содержит примеси, то обычно их растворимость в расплаве больше, чем в кристалле. Поэтому при медленной кристаллизации вещества из расплава примеси концентрируются в нем. Это обстоятельство позволяет применить тот же принцип, что и при экстракции, — расплавить вещество, затем закристаллизовать некоторую часть расплава, отобрать чистые кристаллы, добавить новую порцию вещества, опять все расплавить, закристаллизовать часть, отобрать кристаллы и т. д.

Если температура плавления достаточно велика (> 1 000 °С), описанная процедура становится технически сложной, но идею удалось реализовать в процессе, который получил название зонная плавка.

Из исходного вещества готовят отливку в виде круглого стержня диаметром до 50 мм. Стержень помещают вертикально в специальный контейнер, из которого откачивается воздух, и стержень находится либо в вакууме, либо в атмосфере инертного газа — гелия, аргона или азота (рис. 10.7). Внутри контейнера имеется нагреватель, окружающий стержень. Нагреватель — высокочастотный или обычная спираль — делается настолько узким, что при нагревании плавится лишь узкая (5−10 мм) зона стержня. Поверхностное натяжение жидкости не дает ей вытекать из расплавленной зоны и определяет ширину зоны.

Нагреватель медленно (^ 1 мм/мин) движется вдоль стержня. С той же скоростью движется и расплавленная зона. Во фронтальной части зоны идет плавление вещества, в тыльной части — его кристаллизация. Примеси концентрируются в расплавленной зоне. Нагреватель совершает 10−15 проходов вдоль стержня, разумеется, в одну сторону — обычно сверху вниз (часто одновременно движется 3—5 нагревателей). При этом примеси перемещаются вместе с расплавленной зоной и концентрируются в нижней части стержня, которая после завершения процесса отрезается.

Во многих случаях плавку ведут, помещая вещество в какой-либо контейнер, например кварцевую трубку, которая медленно протягивается через неподвижный нагреватель.

Подбирая соответствующие условия: температуру расплава, скорость передвижения зоны и т. д., — удается получить стержень, состоящий из одного монокристалла массой до 10 кг.

Рис. 10.7. Установка для зонной плавки: I — нагреватели; 2 — зоны расплава.