DE895749C

DE895749C - Influence of crystal growth in electric fields

Info

Publication number: DE895749C
Application number: DEK4876D
Authority: DE
Inventors: Rudolf Kuerth
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1942-05-12
Filing date: 1942-05-12
Publication date: 1953-11-05

Description

Beeinflussung des Kristallwachstums in elektrischen Feldern Die Erfindung kennzeichnet sich durch Beeinflussung des Wachstums kristalliner Bildungen in der anorganischen, organischen, biologischen Chemie, in der Metallurgie usw. durch die Einwirkun- elektrischer, insbesondere hochfrequenter Wechselfelder mit dem Ziele, sowohl kleinere als auch größere Kristalle zu erhalten oder die gegenseitigen Größenverhältnisse benachbarter Kristalle zu beeinflussen.Influencing the crystal growth in electric fields The invention is characterized by influencing the growth of crystalline formations in the inorganic, organic, biological chemistry, in metallurgy etc. by the Influence of non-electrical, especially high-frequency alternating fields with the aim of to obtain both smaller and larger crystals or the mutual proportions to influence neighboring crystals.

Versuche haben ergeben, #daß Kristalle aus Lösungen, Mischungen, Schmelzen usf. aus ihrer festen, flüssigen oder gasförmigen Umgebung durch Diffusion gleichartige oder fremde Stoffe aufnehmen oder solche Stoffe in ihre feste, flüssige oder gasförmige Umgebung abgeben, wenn die Kristalle oder aus ihnen bestehende Gefüge elektrischen Schwingungsfeldern geeigneter Frequenz ausgesetzt werden.Experiments have shown that # crystals from solutions, mixtures, melts etc. from their solid, liquid or gaseous environment by diffusion of the same kind or absorb foreign substances or such substances in their solid, liquid or gaseous form Emit environment when the crystals or the structures made of them are electrical Vibration fields of suitable frequency are exposed.

Kristalle, Kristallite, Kristalloide wachsen durch Diffusion aus ihrer Umgebung, wenn sie polarisierenden elektrischen Feldern einer Frequenz und Wellenlänge ausgesetzt werden, bei der die Trägheit der molekularen Dipole überwunden wird und pulsierende Ladungsverschiebungen mit der Erregung von Dipolmomenten eintreten. Die Wirkung ,der elektrischen Ladungsverschiebungen im Rhythmus kann verglichen werden mit der rhythmischen Atmung und Pulsation in organischen Zellen.Crystals, crystallites, crystalloids grow out of theirs by diffusion Environment when they have polarizing electric fields of a frequency and wavelength exposed to the inertia of the molecular dipoles is overcome and pulsating charge shifts occur with the excitation of dipole moments. The effect of the electrical charge shifts in the rhythm can be compared become with the rhythmic breathing and pulsation in organic cells.

Kristalle, Kristallite, Kristalloide nehmen ab durch Difftision in ihre Umgebung hinein, wenn ihre Umgebung den polarisierenden Feldern einer Frequenz und Wellenlänge ausgesetzt wird, bei der nur die umgebenden Moleküle zu polarisierenden Schwingungen angestoßen werden.Crystals, crystallites, crystalloids decrease by diffusion in their surroundings into when their surroundings are the polarizing fields of a frequency and wavelength at which only the surrounding molecules to polarize vibrations are triggered.

Die Grenzlinie zwischen beiden Vorgängen wird bestimmt durch die Größe, Form und Bewegungsmöglichkeiten der Dipolmoleküle und der Partikel, denen eine elektrische Polarisation aufgezwungen werden soll. Die sich bildenden Kristalle, Kristallite und Kristalloide besitzen immer eine größere Masse und größer-es Volumen als -die umgebende, für ihr Wachstum zur Verfügung stehende, meist .noch amorphe oder in Mikrogrößen oder Ultramikrogrößen, auch kolloidel oder gasförmig zur Verfügung stehende Nahrung. Beim Beginn der Kristallisation kann in der Regel mit einer Frequenz von 300 MHz in Luft und Gasen und 30 MHz in Flüssigkeiten (entsprechend Wellenlängen von i in bzw. io in) und darunter gearbeitet werden. Die Intensitäten können gering sein. Die Dosis, also die verabreichte Leistung in der Zeiteinheit, ist gering. D.ie Effekte treten schon nach Sekunden, in anderen Fällen nach Minuten ein. Bestimmend ist hierbei die Spannung.The boundary line between the two processes is determined by the size, shape and possibilities of movement of the dipole molecules and the particles on which an electrical polarization is to be imposed. The crystals, crystallites and crystalloids that are formed always have a greater mass and volume than the surrounding food, which is available for growth, is usually still amorphous or in micro-sizes or ultra-micro-sizes, also colloidal or gaseous available food. At the beginning of the crystallization it is usually possible to work with a frequency of 300 MHz in air and gases and 30 MHz in liquids (corresponding to wavelengths of i in or io in) and below. The intensities can be low. The dose, i.e. the power delivered per unit of time, is low. The effects appear after seconds, in other cases after minutes. The decisive factor here is the tension.

Sollen Diffusionsvorgänge aus den Kristallen usf. in die Umgebung erreicht werden, so sind requenzen über io9 anzuwenden, Sie richten sich nach den Eigenschaften des Mediums. Wellenlängen unter io--4 mm haben besondere Vorteile gebracht.Should diffusion processes from the crystals etc. into the environment are achieved, frequencies above io9 must be used; they are based on the Properties of the medium. Wavelengths below io - 4 mm have particular advantages brought.

Die Verfahren können angewendet werden auf einzelne Kristalle oder Gefügebildungen, auf reine Kristalle oder intermediäre Kristallarten, auf Mischkristalle und Verbindungsbildungen, auf Legierungen, -auf eutektische Systeme, auf Umhüllungen von Kristallen.The methods can be applied to single crystals or structures, to pure crystals or intermediate types of crystals, to mixed crystals and compound formations, to alloys, - to eutectic systems, to coatings of crystals.

Für den Aufbau von Eisen-Kupfer-, Eisen-Kohlenstoff-, Zink-Kupfer-, Zink-Aluminium-Legierungen usf., für die y-a-Umwandlung des Eisens gewinnt das Verfahren Bedeutung. Erwähnt sei auch die Beeinflussungsmöglichkeit bei der Umwandlung von Fe-C-Legierungen, die eine bedeutende Rolle in der Metallurgie spielen.For the construction of iron-copper, iron-carbon, zinc-copper, Zinc-aluminum alloys, etc., the process wins for the y-a conversion of iron Meaning. The possibility of influencing the conversion of Fe-C alloys, which play an important role in metallurgy.

Die Verfahren können auch im Zusammenhang mit den bekannten therrnischen und plastischen Verformungsverfahren angewendet werden, da man bei diesen ohnehin eine Umwandlung z. B. von größer-en Kristallen in kleinere vor sich hat. Auch bei den Rekristallisationen und Kornwachstumserscheinunggen wirken die angegebenen Verfahren günstig.The method can also be used in connection with the known thermal and plastic deformation processes are used, since one is involved in these anyway a conversion z. B. of larger crystals into smaller ones. Also at the recrystallizations and grain growth phenomena are affected by the specified methods cheap.

Bei Legierungen können durch die gegenseitigen Diffus-ionsvorgänge und Übergänge homogene Verfestigungen und besondere Eigenschaften erzielt werden.In the case of alloys, mutual diffusion processes and transitions homogeneous consolidations and special properties can be achieved.

Die Beeinflussung,der Diffusion in und aus den Kristallen ist wesentlich für die Homogenität von Stoffen aller Art.The influence, the diffusion in and out of the crystals is essential for the homogeneity of all kinds of substances.

Die elektrischen Wechselfelder können als linear polarisierte Schwingungen oder als zirkular oder elliptisch polarisiert angesetzt werden. Wenn mehrere aufeinander senkrecht gerichtete Wechselfelder von gleicher Amplitude bei einem Phasenunterschied von 2/o superponiert werden, so geben sie ein Feld, von konstanter Intensität, dessen Richtung mit konstanter Winkelgeschwindigkeit verschoben wird. Dieses Feld ist insbesondere für Rückd-iffusionen aus in Bildu-ng begriffenen Kristallen wesentlich.The alternating electric fields can be used as linearly polarized oscillations or as circular or elliptically polarized. If several on top of each other vertically directed alternating fields of the same amplitude with a phase difference are superposed by 2 / o, they give a field of constant intensity, its Direction is shifted with constant angular velocity. This field is particular essential for backfusions from forming crystals.

Mit der Bildung von Kristallen in einem Medium treten Inhomogen-itäten physikalischer Art auf, die das elektrische Feld stärker aufnehmen. Diese Gleichgewichtsstörungen der KTaftverhältnisse an den Grenzflächen bewirken Ansammlung von Teilchen des Mediums. Elektrisch geladene Partikel, z. B. aus einem flüssigen Medium, werden so in enge Berührung zu den Kristallen gebracht und fördern deren Wachstum, indem sie in die II--ristalle Dieser Mechanismus trifft zu bis zu je verhältnismäßig bestimmten Frequenz-en des erregenden elektrischen Feldes (S. i, letzter Absatz).With the formation of crystals in a medium, inhomogeneities of a physical nature occur, which absorb the electric field more strongly. These disturbances in the equilibrium of the bond ratios at the interfaces cause particles of the medium to accumulate. Electrically charged particles, e.g. B. from a liquid medium, are brought into close contact with the crystals and promote their growth by moving into the II-ristalle.This mechanism applies up to each relatively specific frequency of the exciting electric field (p. I, last paragraph).

Erfolgt die Erregung durch Wellen der Frequenz von 3 - 10'5 (entsprechend i o--4 mm, zu vgl. S.:2, oben), so werden durch lichtelektrische.Wirkungen Elektronen ausgelöst und in dem Meclium, das die in Bildung begriffenen Kristalle umgibt, Elektronenstöße hervorgerufen. Die Stoßionisation erzeugt fortwährend neue Elektronen. Hieraus ergeben sich Keime für die, Bildung neuer Kristalle, .die sich an Aufbaustoffe anlagern und auf Kosten der anderen etwa schon bestehenden Kristalle wachsen. Das Kräftespiel setzt dergestalt ein, -daß die Masse der großen Zahl Kristallkeinie, die z. B. einen herangewachsenen Kristall umgibt, einen Gleichgewichtszustand erstrebt und herbeiführt gegenüber dem einzelnen größeren und in seiner Ladung stärkeren Kristall. Bei Zufuhr weiterer elektrischer Energie erhalten die Kristallkeime, die sich um Elektronen-Ionen bilden, das übergewicht. Sie beginnen zu wachsen auf Grund der Aufbatistoffe, die der größere Kristall abgeben muß, weil die Rückdiffusion aus ihm in das Medium einsetzt. Hierbei tritt eine Wirkung in Erscheinung, die da-rauf beruht, daß gesetzmäßig die geladenen Partikel aus Bezirken niederer in solche höherer Dielektrizitätskonstante fliehen. Weiter tritt eine interessante kalorische Erscheinung auf - Die durch die Stoßfunktionen der Elektronen erzeugten sekundären Ionen-Elektronen bilden im Medium einen Schleier, in dem die Ionen-Elektronen eingestreut sind. Die Aufnahme des elektrischen Feldes durch die Gesamtheit dieser Keime für die Bildung neuer Kristalle ist bald weit größer als die Aufnahme des elektrischen Hochfrequenzfeldes durch die gebildeten größeren Einzelkristalle. Hier-aus ergibt sich auch eine größere thermische Wirkung: Wärmeaufnahme durch Leitung, Strahlung, Konvektion hängen von,der Größe der gesamten Oberflächen ab. Die Summe der Oberflächen der Kristallkeime wird bard größer (bei fortgesetzter Einwirkung der Hochfrequenzenergie geeigneter Wellenlänge) als die Oberfläche,der Einzelkristalle, die sich vor Einsetzen des Hochfrequenzfeldes schon gebildet haben. Die höhere kalorische Energie bewirkt im steigenden Maße das Wachsen der Kristalle um die Neubildungskeime. Die Wechselwirkung ist eine vielseitige, sie führt im Rahmen des Verfahrens bei Abhängigkeit von der Wellenlänge zu Rückdifftisionen aus den größeren Kristallen in das Medium und zum Wachstum der Kristallkeime zu größeren Kristallen.If the excitation occurs through waves with a frequency of 3 - 10'5 (corresponding to i o - 4 mm, see p. 2, above), electrons are released through photoelectric effects and in the meclium that the encompassed crystals, causing electron impacts. The impact ionization creates new electrons all the time. This gives rise to germs for the formation of new crystals, which attach to building materials and grow at the expense of other crystals that may already exist. The play of forces begins in such a way that the mass of the large number of Kristallkeinie z. B. surrounds a grown crystal, strives for a state of equilibrium and brings about it compared to the individual larger and stronger crystal. When additional electrical energy is supplied, the crystal nuclei that form around electron ions become predominant. They begin to grow due to the build-up substances that the larger crystal has to give off because the back diffusion from it begins into the medium. Here an effect occurs which is based on the fact that the charged particles regularly flee from areas with a lower dielectric constant to those with a higher dielectric constant. There is also an interesting caloric phenomenon - the secondary ion electrons generated by the collision functions of the electrons form a veil in the medium in which the ion electrons are scattered. The uptake of the electric field by the entirety of these nuclei for the formation of new crystals is soon far greater than the uptake of the high-frequency electric field by the larger individual crystals formed. This also results in a greater thermal effect: heat absorption through conduction, radiation, convection depend on the size of the entire surface. The sum of the surfaces of the crystal nuclei becomes larger (with continued exposure to high-frequency energy of a suitable wavelength) than the surface of the individual crystals that have already formed before the onset of the high-frequency field. The higher caloric energy causes the crystals to grow around the new nuclei to an increasing extent. The interaction is multifaceted; within the scope of the method, depending on the wavelength, it leads to back diffusions from the larger crystals into the medium and to the growth of the crystal nuclei to form larger crystals.

Bei Anwendung von Gleichstrom sind die erwähnten Erscheinungen in geringerem Maße zu beobachten. Gleichstrom kann aber vorteilhaft zur Unterstützung der Verfahren angewendet werden, und zwar be-i dem Ziel der Vergrößerung von Kristallen und, bei der Aufgabe, durch Rückdiffu,sionen die Kristallkeiine zum Wachsen zu bringen. In diesen Fällen ist die Wärinewirkung durch den Gleichstrom wesentlich. Der Gleichstrom wird vorteilhaft gleichzeitig init den Hochfrequenzfeldern angewendet.When using direct current, the phenomena mentioned are in to a lesser extent. However, direct current can be beneficial for support of the procedures are used with the aim of enlarging crystals and, with the task of making the crystals grow by back diffusion. In these cases the thermal effect from the direct current is essential. The direct current is advantageously used simultaneously with the high-frequency fields.

Die Erklärung der therrnischen Wirkungen im Hochfrequenzfeld in bezug auf die Aufgabe im Rahmender Erfindung ist darin gegeben, daß eine einmal erwärmte Stelle (Kristallkeim) fortdauernd ein Plus an Hochfrequenzenergie absorbiert. Die Erwärmung wird stärker und damit wachsen die Kristallkeime und Kristalle. Dies erfolgt bis zu einer gegebenen Grenze, d.h. bis zu auftretenden Reflexionen aus größeren, gewachsenen Kristallen. Von dieser Kristallgröße ab kehrt sich je nach den Verhältnissen das Spiel um. Da die zur Abschei:dung von Kristallen bestimmten Lösungen, Mischungen, Schmelzen usf. , durchaus nicht homogen sind, kann es im Rahmen der Erfindung zweckmäßig sein, gleichzeitig verschiedene, Frequenzen anzuwenden und so -die Einwirkung auf alle Korptiskel zu sichern. Die Wahl der Frequenzen erfolgt nach dem oben Gesagt-en.The explanation of the thermal effects in the high-frequency field in relation to the object within the scope of the invention is given in the fact that a point (crystal nucleus) that has been heated continuously absorbs a plus of high-frequency energy. The heating becomes stronger and with it the crystal nuclei and crystals grow. This takes place up to a given limit, ie up to the occurrence of reflections from larger, grown crystals. From this crystal size onwards, the game is reversed depending on the circumstances. Since the Abschei. Dung certain crystals solutions, mixtures, melting, etc., are by no means homogeneous, it may be expedient in the context of the invention, at the same time different frequencies to apply and secure so -the action on all Korptiskel. The choice of frequencies is based on what has been said above.

Das Wachstum der Kristalle kann auch durch die ihrem Aufbau an sich fremden Stoffe erfalgen, wenn diese in den Kristall diffundieren. Auch hierzu kann das Verfahren nach der Erfindung angewendet werden. Es können dann die Mischkristallbildungen herbeigeführt werden. Erfolgt nur eine teilweise Diffu-sion bis unter die Oberfläche des Kristalls und setzt sich der diffundierte Stoff dann auf die Kristalloberfläche, unter fester Verankerung an den Kristall an, so ergeben sich die Kristallumhüllungen.The growth of the crystals can also be influenced by their structure in itself foreign substances fall when they diffuse into the crystal. Can also do this the method according to the invention can be applied. The mixed crystal formations can then be used be brought about. Only partial diffusion takes place below the surface of the crystal and the diffused substance then settles on the crystal surface, firmly anchored to the crystal, the crystal envelopes result.

Durch Anwendung des Verf ghrens ist es gegeben, kristalline Gefügebildungen leicht so zu beeinflussen, daß die gefürchteten, nicht einheitlichen Größenbildungen im Stoff vermieden werden. Insbesondere lassen sich durch die Bildung einer geeigneten Vielzahl von Kristallkeimen überwiegend homogene und gleich große, d. h. kleine Kristalle, aus der gleichen Masse bilden. Die kleinen Kristalle sind in der Mehrzahl der Fälle geeignet, dem Stoff die technischen Eigenschaften zu verleihen, die erwünscht sind und Vorteil in statischer und dynamischer Beziehung schaffen. Die kleinen Kristalle sind infolge der Grenzschichtenwirkungen von erlieblichem Vorteil. Sie bilden sich aus bei Erzeugung möglichst zahlreicher Kristallisationskeime. Anschließlend an diesen primären Vorgang muß die Gleichmäßigkeit des Kristallwachstums nach den Angaben dieser Abhandlung gewahrt werden. Da Diffusionswirkungen auch eintreten zwischen sich berührenden oder sich benachbarten Kristallen verschiedener chemischer Beschaffenheit, ist das Verfahren auch anzuwenden für die wechselseitige Diffusion (Diffusionsaufteilung) in Legierungen.By using the method, it is possible to easily influence crystalline structure formation in such a way that the dreaded, non-uniform size formation in the material is avoided. In particular, through the formation of a suitable multiplicity of crystal nuclei, predominantly homogeneous and equally large, i.e. H. small crystals, form from the same mass. The small crystals are suitable in the majority of cases to give the fabric the technical properties which are desired and which create advantages in static and dynamic relation. The small crystals are of great advantage because of the boundary layer effects. They form when the greatest possible number of crystal nuclei are generated. Subsequent to this primary process, the uniformity of crystal growth must be maintained as indicated in this paper. Since diffusion effects also occur between touching or neighboring crystals of different chemical properties, the process can also be used for mutual diffusion (diffusion division) in alloys.

Neben der mechanischen, auf die Größenordnungen bezüglichen Einheitlichkeit der kristallinen Gefüge a11,er Art kann daher auch eine chemische Homogenität in der Verteilung der Aufbaustoffe und in deren Diffusionsvermischung erreicht werden. Aus beiden ergibt sich dann eine Reihe wichtiger, physikalischer Eigenschaften -der Stoffe.In addition to the mechanical uniformity in terms of the order of magnitude of the crystalline structure a11, he kind can therefore also have a chemical homogeneity in the distribution of the build-up substances and their diffusion mixing can be achieved. Both then result in a number of important physical properties - the Fabrics.

Claims

PATENT CLAIM: i. Influencing the growth of crystalline substances in inorganic, organic, biological chemistry through the action of electrical fields, especially high-frequency alternating fields. : 2. Method according to claim 1, characterized by frequencies of 3 - 1015 (wavelength 10-4 mm) and above for the formation of crystal nuclei. 3. Verfahreji according to claim i, characterized by frequencies below 3 - 1015 to increase the growth of crystals produced. 4. The method according to claim i to 3, characterized by superimposing different frequencies. 5. The method according to claim i to 4, characterized by using direct current. 6. The method according to claim i to 5, characterized by the simultaneous use of direct current and alternating current. 7. The method according to claim i to 6, characterized by the diffusion of substances Aufbanf rernder type in crystals (mixed crystal formation). 8. The method according to claim i to 7, characterized by influencing crystalline microstructure formations with the aim of uniform crystal sizes. G. Method according to Claims 1 to 8, characterized by the diffusion of coatings around crystals. ok Method according to Claims 1 to 9, characterized by a plurality of alternating fields directed at an angle to one another. i i. Process according to Claims 1 to 9, characterized by the simultaneous use of thermal and plastic deformation processes, since in these the crystal enlargement is reversed. 12. The method according to claim i to ii, characterized by circular or elliptically polarized alternating fields of the same amplitude with a phase difference of 2.12. 13. The method according to claim i to 1: 2, characterized by heating and at the same time electrical action.