Математичне моделювання гідродинамічних та теплових процесів при вирощуванні кристалів із розплаву

• Дата: 2015
• Автори: Демченко, В.Ф., Федоров, О.П., Шуба, І.В., Асніс, Ю.А., Лісний, А.Б.
• Формат: Стаття
• Мова: Ukrainian
• Опубліковано: Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України 2015
• Назва видання: Современная электрометаллургия
• Теми: Общие вопросы металлургии
• Онлайн доступ: http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/115522
• Назва журналу: Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
• Цитувати: Математичне моделювання гідродинамічних та теплових процесів при вирощуванні кристалів із розплаву / В.Ф. Демченко, О.П. Федоров, І.В. Шуба, Ю.А. Асніс, А.Б. Лісний // Современная электрометаллургия. — 2015. — № 2 (119). — С. 42-50. — Бібліогр.: 13 назв. — укр.

Запропонована математична модель теплових і гідродинамічних процесів при вирощуванні кристалів методом безтигельної електронно-променевої плавки та за схемою Бріджмена. В якості препаратів для формування кристалів розглядаються кремній (метод плаваючої зони) та прозора речовина сукцінонітрил (схема Бріджмена). Математична модель ґрунтується на повній системі рівнянь руху в’язкої нестисливої рідини та рівнянні конвективно-кондуктивного переносу енергії в осесиметричному наближенні. В моделі враховуються наступні силові фактори, що спричинюють рух розплаву: підйомна сила Архімеда; термокапілярна сила Марангоні; вібрація елементів технологічного обладнання. Методом математичного моделювання проведено порівняльний аналіз гідродинамічних і теплових процесів при вирощуванні кристалів за схемою Бріджмена та методом зонної плавки. Вивчені особливості гідродинамічного стану розплаву при формуванні кристалів в земних умовах та в умовах мікрогравітації як за відсутності вібраційних збурень, так і при накладанні аксіальної вібрації по гармонічному закону. Показано, що технологічні процеси вирощування кристалів із розплаву є особливо чутливими до вібраційних збурень у тому разі, коли сумарне прискорення (фонове + вібраційне) змінює знак впродовж одного періоду вібрації. У такому випадку можлива релей-тейлорівська втрата стійкості руху рідкої фази, яка неминуче виникає при вирощуванні кристалу за схемою Бріджмена в умовах невагомості. Вібрація невисокої інтенсивності може слугувати знаряддям для пригнічення вторинних вихорів поблизу фронту кристалізації при вирощуванні кристалів в земних умовах як методом зонної плавки, так і методом Бріджмена. Результати розрахунків порівнюються з окремими експериментальними даними.