高温氧化物熔体中流体效应实验研究和理论分析

Experimental and Theoretical Studies on Convection Effect in High Temperature Oxide Melt

晶体生长过程中的流体效应是影响热量输出、质量输运以及界面生长过程的主要因素 ,尤其是在高温熔体中的非稳态对流效应。高温氧化物熔体晶体生长过程中 ,重力对流和表面张力对流是影响晶体生长完整性的两个主要流体效应 ,在地面很难有效地区分研究这两种对流效应的机制 ,过去有些科学工作者对透明的液体诸如酒精、硝酸钠溶液等进行了表面张力实验。本实验室也对氧化锆在铌酸钾高温熔体中作示踪粒子观察重力对流有过初步的研究 ,但对于在同一高温熔体中既能实时观察到表面张力对流又能观察到重力对流的效应的研究很少。本文利用先进空间高温实时观察装置 ,在直径为 2mm的铂金坩埚中 ,通过设置自动控温程序加热 ,在四硼酸锂为主的高温氧化物熔体中 ,以碳酸钠作示踪粒子 ,实时观察了两种对流效应。利用实验手段分别测定了两种流体效应与坩埚边缘距离的关系 ,并从流体动力学有关方程出发 ,在理论上吻合了实验结果。最后 ,进一步阐明了两种对流效应的作用机理。