苏文佳
,
左然
,
狄晨莹
,
程晓农
人工晶体学报
为了确定Cz单晶硅生长各种驱动力对熔体对流及固/液界面形状的影响,利用CGSim软件,对典型的Cz单晶硅生长中的熔体对流进行数值模拟.研究了重力、表面张力、平流力、晶转、埚转和氩气剪切力等各种驱动力的大小对熔体对流涡胞、涡胞强度、界面形状、温度分布的影响.结果表明:各种驱动力对熔体对流的影响大小依次为:浮力＞表面张力＞晶转力＞氩气剪切力＞埚转力＞平流力;浮力和表面张力使熔体产生一沿坩埚壁上升、从固/液界面附近下降的涡胞,晶转力和氩气剪切力使熔体产生与前面反方向的涡胞,而埚转力产生多个不同流向的对流涡胞,使熔体混合更加均匀,熔体凝固引起的平流力对熔体对流影响不大;增大埚转,熔体中涡胞数量更多、对流换热更充分、温度梯度更小、熔体内的最高温度更低,有利于减少石英坩埚氧的熔解,但界面更向下凹;增大晶转,熔体内的最高温度无明显变化;固定埚转Ωc=-10 r/min,晶转存在一临界值Ωs(C)=60～ 80 r/min,当Ωs＜Ωs(C)时,增大晶转,固/液界面更向上凹,当Ωs＞Ωs(C)时,增大晶转,固/液界面更向下凹.
关键词:
晶体生长
,
Cz硅
,
数值模拟
,
熔体对流
,
固/液界面
苏文佳
,
左然
,
程晓农
,
狄晨莹
人工晶体学报
在DSS法多晶硅生长中,为了降低氧碳含量,作者利用CGSim软件,分析了三种传统氩气导流系统的优缺点,以此为基础设计了一种中心和侧面双排气的新型导流系统,并对其进行了设计和数值模拟优化.模拟得出以下结论:多晶铸锭炉三种传统氩气导流系统中,石墨坩埚上部开大孔且有盖板时,有利于控制氧碳含量和固/液界面;新型多晶铸锭炉氩气导流系统中,中心氩气进口管伸入上盖板时,有利于降低多晶硅的氧碳含量;随着石墨坩埚上部开口高度h逐渐增大,中心出口氩气流速逐渐减小,侧面出口氩气流速增大,当h=20 mm时,有利于降低多晶硅的氧碳含量.研究结果为生长高质量的多晶硅提供了理论依据.
关键词:
多晶硅
,
数值模拟
,
氩气导流
,
固/液界面
滕冉
,
戴小林
,
肖清华
,
周旗钢
,
常青
人工晶体学报
数值模拟技术是提升大直径硅单晶质量、降低晶体制备成本的有效工具.利用切克劳斯基法生长硅单晶时,固/液界面的形变程度是衡量晶体质量的关键参数.由于单晶炉体内的高温环境导致对界面的直接观察极为困难,因此本文采用有限元法对生长16英寸直径硅单晶过程中,不同生长阶段的固/液界面形状及熔体流动情况进行计算.数值计算结果表明:在本文所用的热场及工艺参数条件下,随着晶体长度的不断增加,固/液界面的形变量增加同时晶体内部的热应力加大；通过对晶体提拉速率及晶体转速-坩埚转速的比值的调整,我们发现,降低晶体的提拉速率以及精确的控制转速比可以使晶体各个阶段都获得比较理想的界面形状.
关键词:
单晶硅
,
数值分析
,
固/液界面
,
熔体流动
屈敏
,
刘林
,
赵明
,
刘峰斌
,
何广平
中国有色金属学报
采用定向凝固方法研究不同试样尺寸对Al-4%Cu合金凝固固/液界面特征的影响.结果表明:当凝固速率v=1 μm/s时,小尺寸试样的平界面更加平直;当v=5 μm/s时,随着试样尺寸的增大,界面形态分别为浅胞-深胞一初始枝晶,同时,试样边缘的组织比中心的组织更不稳定;在相同凝固速率下,小尺寸试样的温度梯度较大,促使界面稳定性提高;试样尺寸的增大引起径向温差增大,促进溶质流动,使试样边缘产生溶质富集,从而使平界面弯曲;由于试样中心排出的溶质大部分流向界面前沿糊状区的液相中,而枝晶糊状区的液相比胞晶的多,因而形成的枝晶界面弯曲程度比胞晶的小.
关键词:
Al-4％Cu合金
,
固/液界面
,
径向温差
,
溶质富集
何杰
,
赵九洲
,
王晓峰
,
张钦霞
,
李海丽
,
陈桂云
金属学报
doi:10.3321/j.issn:0412-1961.2007.06.002
分析了难混溶合金凝固过程中作用在凝固界面前沿液滴上的力,建立了液滴与凝固界面相互作用行为的动力学判据.结合实验,探讨了固/液界面与液滴间相互作用对Al-Bi基难混溶合金凝固组织演变的影响.结果表明,在界面排斥和Marangoni力共同作用下,较小尺寸的富Bi液滴被凝固界面排斥并富积在凝固界面前沿.当凝固界面为枝晶/胞状晶时,临界尺寸的富Bi液滴与界面发生部分捕获,凝固后形成"蝌蚪"型的富Bi粒子;尺寸较小的富Bi液滴被捕获在枝晶/胞状晶间,凝固后富Bi粒子分布于晶界和三叉交角处.
关键词:
Al基难混溶合金
,
定向凝固
,
固/液界面
,
排斥/吞并/捕获
,
组织演变
屈敏
,
刘林
,
张卫国
,
张军
,
傅恒志
金属学报
doi:10.3321/j.issn:0412-1961.2008.09.005
采用Al-4%Cu合金,对不同抽拉速率下定向凝固枝晶界面特征进行了研究.结果表明,当抽拉速率从100 μm/s增至600μm/s时,一次枝晶间距随抽拉速率的增大而减小.在枝晶固/液界面存在枝晶干的凸起,其平-凸-平-凸的程度随抽拉速率的增加呈现先加强后减弱最后几乎消失的规律.随着抽拉速率的增大,枝晶尖端温度先升高而后降低.采用KGT模型和非平衡效应研究了枝晶界面温度,分析了尖端过冷度和尖端成分对枝晶界面特征的影响,得到非平衡凝固枝晶尖端过冷度的计算方程.界面平-凸-平-凸的程度与枝晶尖端成分和尖端过冷度有关.
关键词:
Al-4％Cu合金
,
抽拉速率
,
定向凝固
,
固/液界面
,
界面温度
宋衎
,
张军
,
贾晓娇
,
苏海军
,
刘林
,
傅恒志
金属学报
doi:10.3724/SP.J.1037.2011.00594
利用自行研制的激光悬浮区熔设备制备了Al2O3/YAG/ZrO2三元过共晶自生复合材料.在过共晶成分下获得了不含初牛相的全共晶层片状组织.详细分析了固/液界面形貌形成原因,井由界面形貌出发阐述了Al2O3/YAG/ZrO2三元过共晶组织织构化趋势.结果表明,低凝固速率下,三元过共晶成分下层片间距大于三元共晶成分下层片间距,而在高凝固速率下则相反,这主要是由于ZrO2的加入影响了体系的传热及传质条件,通过经典非规则共晶模型综合分析了传输条件对层片间距的影响.过共晶平均层片间距(λav)与凝固速率(V)满足λavV0.5=14.7 μm1.5·s-0.5,符合JH模型.对于激光加工中经常出现的带状组织形成机理也进行了讨论.
关键词:
Al2O3/YAG/ZrO2
,
过共晶
,
固/液界面
,
组织
