泡生法大尺寸蓝宝石晶体的生长速率对固液界面的影响

采用有限元法,对泡生法生长蓝宝石晶体不同生长阶段固液界面的形状和温度梯度进行模拟计算,探讨分析了生长速率对放肩、等径阶段蓝宝石生长的影响。结果表明：固液界面凸出度在放肩阶段较大,在等径阶段凸出度相对较小,固液界面温度梯度随着晶体生长不断减小。在合理速率范围内,放肩阶段0~2 mm/h,速率对固液界面的影响很小,等径阶段2~5 mm/h,速率对固液界面的影响越来越大,固液界面温度梯度和形变均随速率的增大而减小。利用模拟结果,调节实际晶体生长工艺参数,成功长出80 kg的大尺寸高质量蓝宝石晶体。

凝固速率对Si-Ta合金固液界面稳定性的影响

以Si-Ta合金为研究对象,采用零功率法研究凝固速率对定向凝固固液界面稳定性的影响。结果表明:当凝固速率在0.3～9.0mm/min范围内,随着凝固速率的增大,固液界面经历了平界面→浅胞状界面→锯齿状界面→浅胞状界面→平界面的演化规律。在较低的凝固速率范围之内,实验结果与理论计算基本吻合。然而,在较高凝固速率时,实验结果与理论计算出现偏差,这是由于热力学和动力学均发生变化,使得在凝固速率V=5.0mm/min时固液界面就已经达到了稳定的平界面。

多晶硅定向凝固过程中固-液界面特性研究

通过真空感应熔炼炉以不同拉锭速率制备了多晶硅铸锭,通过对铸锭的金相组织及少子寿命随凝固高度的变化及径向分布的分析,研究了多晶硅定向凝固过程中的固-液界面特性。结果表明:少子寿命随生长高度的增加先增加后减少,其径向分布与固-液界面相对应。由少子寿命分布图可以看出,固-液界面的曲率随拉锭速率的减小而减小,固-液界面形貌为胞状界面。计算分析表明,胞状的固-液界面造成Fe杂质的有效分凝系数增加了3个量级以上。

定向凝固界面速率对机械牵引速率的响应

通过传热分析，给出了定向凝固过程中界面速率对机械牵引速率的响应函数，指出在低速凝固条件下，界面速率可以视为与牵引速率相等；而在高速凝固时界面速率相对于牵引速率存在滞后现象。两个速率保持同步的上限值受到冷却环境、试样尺寸、合金热物理性质等的影响。液相前沿的温度梯度与冷却介质、加热方式以及合金体系有关。在此基础上，分析了实现稳定的亚快速定向凝固的条件。

抽拉速率对定向凝固Al-4％Cu合金枝晶界面特征的影响

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100μm/s增至600μm/s时,一次枝晶间距随抽拉速率的增人而减小.在枝晶固/液界面存在枝晶千的凸起,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.随着抽拉速率的增火,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,得到非平衡凝固枝品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.

碲锌镉垂直布里奇曼法晶体生长过程固液界面的演化

计算模拟了半导体材料碲锌镉垂直布里奇曼法单晶体生长过程,以等温线图展示了固液界面形状的演化,分析了温度梯度和坩埚移动速率对固液界面形状以及晶体内组分偏析的影响。计算结果表明在凝固的初始段,固液界面的凹陷深度较大,随后有较大幅度的减小。整个凝固过程中固液界面的凹陷深度值有一定的波动性。提高温度梯度、降低坩埚移动速率均能有效地减小固液界面的凹陷,改善晶体的径向组分偏析。

电子束区熔定向凝固Ni-Si共晶合金的固-液界面演化规律

采用电子束悬浮区熔定向凝固技术制备了Ni-Ni3Si共晶自生复合材料,在稳态晶体生长区,采用零功率法获取了不同凝固速率的固-液界面。研究表明,随凝固速率的增大,固-液界面的形态发生了明显的变化。在凝固速率较低时,固-液界面基本保持平界面,形成的是规则的层片状共晶组织。随凝固速率的增大,成分过冷增大,平界面失稳,凝固组织的规则性也降低。此外,根据M-S界面稳定性判据,计算了不同凝固速率不同干扰波长对固-液界面稳定性的影响,理论计算与实验结果基本吻合。

微量Ag、Bi、Ni对无铅微焊点固-液界面扩散的影响

为了获得微量元素Ag、Bi、Ni对无铅微焊点固-液界面扩散行为的影响规律,以低银无铅微焊点Cu/SAC0705+Bi+Ni/Cu为主要研究对象,并与Cu/SAC0705/Cu及高银钎料Cu/SAC305/Cu进行对比。研究了三种成分焊点固-液扩散后界面IMC的生长演变行为,并分析了Ag、Bi、Ni对微焊点固-液扩散的影响。研究结果表明:钎料中微量元素Ag、Bi、Ni添加可细化界面IMC晶粒,对提高界面强度有利。长时间的固-液时效过程中,界面IMC的生长速率主要取决于界面IMC的晶粒尺寸。Cu/SAC0705+Bi+Ni/Cu焊点界面IMC晶粒尺寸最小,界面IMC生长速率最大,为11.74μm/h。Cu/SAC0705/Cu焊点界面IMC晶粒尺寸最大,界面IMC生长速率最慢,其数值为1.24μm/h。

抽拉速率和过热温度对Zn-5%Al合金定向凝固界面的影响

采用Zn-5%Al合金,对不同抽拉速率和过热条件下的定向凝固界面进行研究。结果表明,当合金熔体的过热温度为450℃时,随着抽拉速率从1.1μm/s增加到11.1μm/s,液固界面呈现平面—细胞—胞枝变化,与一般的界面形态演化相符;当熔体的过热温度为610℃时,在相同的抽拉速率条件下,液固界面呈现平胞—平面—枝晶变化,不同于一般的界面形态演化。采用界面稳定性动力学理论分析了抽拉速率和过热温度对液固界面的影响,得出定向凝固界面稳定性变化,存在着若干个由抽拉速率和过热互相制约决定的分界点。

高纯铝定向凝固过程中固液界面特性研究

利用自制的高纯铝定向凝固装置,研究了高纯铝定向凝固过程中固液界面的结构特性。结果表明:晶粒的形态决定了晶间的溶质浓度和偏析出的杂质元素向固液界面的排出速度,其径向分布与固-液界面相对应。由杂质元素分布图可以看出,使用电解铝液做提纯原料,在试验的工艺条件下,Ke值与K0值还有较大的差距,提纯效果的进一步提升需要精确设定温度梯度和冷却速率的工艺条件并有效稳定控制凝固过程的参数匹配。

固液相变蓄能中有效导热系数的数值分析与实验研究

引入有效导热系数经验公式[3],使固液蓄能数学模型得以简化为仅用能量方程加以描述。运用热焓法求解能量方程,得到计算相变位置随时间变化曲线。并通过实验测得相变过程的实际温度场,得到实验相变位置随时间变化曲线。二者比较,证明了自然对流对固液相变换热的影响不可忽略,验证了该公式在Ra<1010,Pr<105下的正确性。

固液相变蓄能数学模型中有效导热系数的理论及实验研究

引入有效导热系数经验公式 ,将固液蓄能数学模型简化为仅用能量方程加以描述 ,运用热焓法求解能量方程 ,得到计算相变位置随时间变化曲线。并通过实验测得相变过程的实际温度场 ,得到实验相变位置随时间变化曲线。二者比较 ,证明了自然对流对固液相变换热的影响不可忽略 ,验证了该公式在Ra <10 1 0 ,Pr<10 5下的正确性。

基于絮团弦长测定的全尾砂絮凝沉降行为

基于全尾砂絮凝过程中絮团弦长的测定,分别研究絮凝和沉降两个过程:首先以絮团平均弦长为指标研究不同絮凝条件下全尾砂絮凝行为,再以固液界面初始沉降速率为指标分析不同絮凝全尾砂料浆的沉降行为.探明了不同絮凝条件下全尾砂尺寸演化规律,全尾砂均快速絮凝形成絮团,絮团的平均弦长增长达到峰值后随着剪切时间逐渐下降,直至达到稳定状态.发现全尾砂絮团的平均弦长与絮凝全尾砂料浆固液界面的初始沉降速率随着不同的絮凝条件而不断改变,确定了在本文研究范围内的最优絮凝条件:Magnafloc 5250絮凝剂,全尾砂料浆固相质量分数10%,絮凝剂单耗10 g·t^-1,絮凝剂溶液中絮凝剂质量分数0.025%,剪切速率94.8 s^-1.最优条件下絮凝过程中絮团平均弦长峰值为620.63μm,絮凝结束时絮团平均弦长为399.57μm,絮凝全尾砂料浆固液界面初始沉降速率为4.61 mm·s^-1.初步建立了适用于本文全尾砂的基于絮团平均弦长的固液界面初始沉降速率模型,固液界面初始沉降速率随着絮团平均弦长的增加而增加,为实际生产中控制全尾砂絮凝沉降参数以及设备结构优化、提高全尾砂料浆的絮凝沉降效率提供参考.

凝固速率对Nb-Ti-Si基合金整体定向凝固组织及固/液界面形态的影响

在2050℃的熔体温度下,在自行研制的定向凝固炉内实现了Nb-Ti-Si-Cr-Hf-Al-B-Y超高温合金的有坩埚整体定向凝固.采用XRD,SEM,EDS等方法分析了凝固速率分别为2.5,5,10,20,50和100μm/s时的整体定向凝固组织、组成相的择优取向及固/液界面形貌,并讨论了其共晶生长机制.结果表明:合金的定向凝固组织主要由沿着试棒轴向排列的横截面为多边形的柱状初生(Nb,X)_5Si_3(X=Ti,Hf,Cr)相与耦合生长的层片状Nbss/(Nb,X)_5Si_3共晶团(Nbss表示铌基固溶体)组成.横截面上共晶胞界明显.当凝固速率由2.5μm/s变化到100μm/s时,定向凝固组织细化,固/液界面经历粗胞状→细胞状→胞枝的演化过程.Nbss/(Nb,X)_5Si_3共晶两相较低的熔化熵及其前沿较大的动力学过冷度是形成规则共晶的主要原因.

高拉速对Ф300 mm单晶硅点缺陷分布及生产能耗的影响

大尺寸直拉单晶硅的“增效降本”是当前光伏企业急需解决的问题。本文采用有限元体积法对Ф300 mm直拉单晶硅生长过程分别进行稳态和非稳态全局模拟,研究提高拉晶速率对直拉单晶硅生长过程中的固液界面、点缺陷分布以及生长能耗的影响。结果表明:拉晶速率提高为1.6 mm/min时固液界面的偏移量为33 mm,不会影响晶体的稳定生长;拉晶速率对晶体中点缺陷的分布起决定性作用,提高拉晶速率不仅能降低自间隙点缺陷的浓度,而且使晶棒内V/G始终高于临界值;且拉晶速率对功率消耗影响较大,提高拉晶速率后晶体生长时间减少了46.4%,单根晶体生长消耗功率降低了约4.97%。优化和控制适宜的拉晶速率有利于低成本地生长特定点缺陷分布甚至无点缺陷单晶硅,为提高大尺寸直拉单晶硅质量、降低生产能耗提供一定的理论支持。

导模法生长白宝石单晶中的气孔观察

研究了导模法生长白宝石单晶过程中，单晶内气孔的产生、分布形态、密度及尺寸。结果表明：固－液界面形状和稳定性是决定气孔分布形态和密度的关键因素，而这又取决于合理的生长工艺条件，尤其是晶体生长速率和正确的模具设计。

不同浓度Na^＋在紫色土颗粒表面电场作用下的吸附动力学研究

土壤颗粒表面大量的负电荷会在固-液界面产生强大的电场,影响土壤溶液中离子的吸附过程.本文以紫色土K+饱和样为研究对象,运用考虑表面电场的动力学新模型研究了不同浓度Na+离子的吸附动力学过程.实验结果表明:1当Na+离子浓度为9.565×10-5 mol/L时吸附过程中会出现明显的零级动力学特征和一级动力学特征.2浓度为7.826×10-4 mol/L和9.855×10-3 mol/L时Na+吸附过程中仅表现出一级动力学特征,这是因为增加Na+浓度后屏蔽电场的能力增强,从而表现出弱静电力吸附下的一级动力学过程.3实验中Na+的平衡吸附量随离子浓度的增加而递增,吸附速率随离子浓度递增而加速.4体系中K+亚稳吸附量随Na+离子浓度增加而递减,随表面电位递减而递减.通过对不同浓度下Na+吸附动力学特征分析,对了解离子交换吸附机理具有一定指导意义.

热致相分离法平片式聚(乙烯-乙烯醇)微孔膜的制备和表征

以丙三醇为稀释剂,用热致相分离方法(TIPS)制备了无纺布支撑的平片式聚(乙烯乙烯醇)(EVOH)微孔膜。实验研究了冷却速率及EVOH初始浓度对膜结构及性能的影响,测定了EVOH/丙三醇体系的相图,用扫描电子显微镜(SEM)及泡点法表征了微孔膜的微观结构及表面孔径,同时测试了膜的纯水通量。结果表明,随着冷却速率的加快,结晶曲线向低温移动。EVOH初始浓度决定了体系的相分离方式,由液液相分离及固液相分离机理形成的膜分别具有花边结构与球间缝隙结构;冷却速率影响膜的孔径大小和形态。随着冷却速率及EVOH初始浓度的降低,膜的孔径及纯水通量均逐渐增大。

电导法研究D_(252)大孔离子交换树脂吸附取代苯甲酸的行为

利用电导实验技术,跟踪观察D252大孔离子交换树脂吸附取代苯甲酸的行为。利用固-液界面吸附方程,求取吸附剂-吸附质相互作用能,讨论取代苯甲酸的浓度对吸附行为的影响。实验结果表明表观吸附速率随取代苯甲酸浓度增大而降低。

泡生法生长蓝宝石晶体的气泡缺陷研究

研究了泡生法生长蓝宝石单晶过程中,单晶内的气泡的产生、分布形态以及形成原因等。结果表明,原料的纯度、固液界面的稳定性是决定气泡分布的关键因素,其中固液界面的稳定性又取决于合理的生长工艺条件,尤其是晶体的生长速率和合适的温场设计。