冶金硅定向凝固法制备太阳能级多晶硅及其微观组织与位错(英文)

以冶金硅为原料,探索采用具有高温度梯度的真空定向凝固技术制备低成本太阳能级多晶硅,并研究其在不同生长条件下的微观组织特征、晶界与晶粒大小、固液界面形貌以及位错结构。结果表明,当凝固速率低于60μm/s时,能获得具有高密度和良好取向的定向凝固多晶硅棒状试样,硅晶粒大小随凝固速率的增大而减小;在控制凝固过程,获得平的固液界面形貌是获得沿凝固方向排列柱状晶的关键;由于硅的小平面生长特性,微观组织中出现了位错生长台阶和孪晶结构;在晶粒中,位错分布呈现不均匀性,并且位错密度随凝固速率的增加而增加;在此基础上,讨论了多晶硅的生长行为以及位错形成机制。     

铸锭炉改进对多晶硅固-液界面影响的数值模拟

使用COMSOL Multiphysics模拟软件对多晶硅定向凝固炉内热场进行分析,将坩埚侧壁倾斜一定角度并在坩埚与护板之间的倾角间隙处添加一个内衬块,研究并分析了坩埚侧壁倾斜角为0、2°、3°、4°和5°时对多晶硅定向凝固过程中不同时期的固-液界面产生的影响。结果表明,当坩埚倾角为4°时,坩埚侧壁与底部的热通量比坩埚倾角为0时均要小,其固-液界面都较为平直,且在定向凝固中后期曲率值都较小,这有利于阻止晶粒的倾斜,保证硅锭的品质。     

太阳能级多晶硅定向凝固技术的研究进展

随着太阳能光伏产业在全球范围内的迅猛发展,作为太阳能电池最基础的原材料一高纯多晶硅,在全球范围内严重短缺,迫切需要发展一种高效率低成本的太阳能级多晶硅的制备方法。在各种生产多晶硅的方法中,定向凝固多晶硅因其成本低、环境污染小,工艺相对简单、成熟,且能直接使用冶金级硅为原料的特点,被寄予很大的希望来实现大规模太阳能级硅的生产。本文综合评述近年来太阳能级多晶硅定向凝固技术的研究进展,着重阐述冶金级硅中磷和硼的提纯,以及多晶硅定向凝固组织和缺陷的控制,并提出今后的研究发展方向。     

坩埚厚度对多晶硅定向凝固的影响

运用Comsol Multiphysics有限元软件对多晶硅的定向凝固过程进行了模拟,分析了不同坩埚厚度(15、20、25 mm)对多晶硅熔化、结晶过程及晶体热应力的影响。结果表明:当坩埚厚度为15 mm时,熔化所需要的时间最短,比坩埚厚度为20 mm和25 mm时分别少31 min和74 min;结晶初期,坩埚厚度为25 mm时的固液界面最为平坦,最有利于晶体的生长;多晶硅晶体底部边缘和顶部边缘区热应力高;坩埚厚度为15 mm时,晶体内热应力最大,且随着坩埚厚度的增大,两个区域的应力都减小。     

Marangoni效应下下拉速率对多晶硅真空定向凝固晶体质量的影响研究

通过建立多晶硅真空定向凝固过程中的传热-流动-应力多物理场耦合模型,研究了在熔体表面张力引起的Marangoni效应的作用下,不同下拉速率(5、10、15μm/s)对多晶硅硅锭质量的影响。模拟结果表明:Marangoni效应的存在,使得熔体的流速增大,引起硅料的传热发生较大转变;随着下拉速率的增大,硅料的轴向温度梯度与晶体间的热应力也随之增大;下拉速度为10μm/s时,固液界面形状最为理想。中试的实验结果也证实了10μm/s时的硅锭晶体形貌最好,有着较大尺寸的柱状晶粒,侧面地验证了模拟结果的准确性。     

冶金法制备太阳能级多晶硅的热力学研究进展

冶金法制备太阳能级硅是目前多晶硅材料的研究热点。为更深入理解冶金法制备太阳能级硅的原理,本文综述了几种常见的冶金法提纯多晶硅的热力学研究进展,重点对定向凝固过程中杂质的分凝系数问题、真空精炼中杂质蒸气压与温度的关系、以及合金造渣和氧化造渣中杂质的分配规律,以及渣相和硅相体系中各组元的活度测定方法进行了分析,提出了多晶硅热力学研究中尚存在的问题。     

轴向磁场下多晶硅定向凝固研究

利用有限元软件COMSOL Multiphysics对多晶硅定向凝固过程进行二维数值模拟,研究轴向磁场对多晶硅定向凝固的影响。模拟结果显示,未加磁场时多晶硅固液界面的等温线是下凹的;当线圈中加以不同的电流进行磁场模拟时,发现轴向磁场能够有效地抑制硅熔体对流,进而影响结晶时的固液界面。随着电流的增大,熔体最大流速减小,最大洛伦兹力也增大。通过试验验证,相同的工艺条件,在磁场作用下相比于没有磁场时硅锭的界面由下凹变得平滑。     

加热器位置对多晶硅定向凝固热场的影响

运用有限元软件COMSOL Multiphysics 4.3a对多晶硅定向凝固过程进行了全局瞬态模拟,在多晶硅铸锭炉顶部加热器与侧部加热器的垂直距离分别为60、150、300 mm时,分析了其对多晶硅熔化以及结晶初期的影响。结果表明:距离为60 mm时硅料熔化所需时间最长,而距离为150、300 mm时硅料熔化时间与其相比分别少34、60 min;对于结晶初期的固液界面,距离为60 mm时固液界面接近于平面,有利于多晶硅晶体生长,而距离为150、300 mm时固液界面均呈现明显的凸形,并且后者比前者凸起的程度更大,会降低多晶硅锭的质量。     

坩埚形状对多晶硅定向凝固热流场的影响

采用Comsol Multiphysics模拟软件研究了三种不同形状的坩埚(圆形、底部凹形及倒锥形)对多晶硅定向凝固过程中热场及流场的影响。结果显示:圆形和底部凹形坩埚内熔体的热场差异不大,而与这两种坩埚相比,倒锥形的坩埚可以得到更加均匀的热场分布及平直的固液界面;三种坩埚内熔体底部及侧壁区域的热对流变化基本相同,但熔体中心区域不同;圆形及底部凹形坩埚内中心区域的热对流较弱,而倒锥形坩埚内熔体中心区域的热对流较强,这在一定程度上有利于熔体内杂质的排出。     

冷坩埚定向凝固太阳能级多晶硅的缺陷控制及组织特征

利用电磁冷坩埚连续熔化和定向凝固太阳能级多晶硅,将电磁铸造与定向凝固的优点相结合,用下抽拉法将其铸成硅棒。在试验过程中出现不熔、原料烧结、熔池熄灭、不完全熔化、熔体飞溅和硅锭断裂等现象,这些现象与熔铸过程密切相关,大多缺陷通过调整工艺和参数可以消除。通过合适的工艺参数配合,可获得表面有起伏,但无裂纹且组织定向的多晶硅锭。     

FeCrAIW电弧喷涂层组织的致密化研究

采用激光辐照对FeCrAlW电弧喷涂层的组织进行致密化处理,借助扫描电镜和X衍射对涂层的组织进行了分析.测试了涂层的显微硬度.结果表明:涂层组织致密度提高,孔隙率明显降低.随着激光扫描速度的增加,涂层的显微硬度降低.在较低的扫描速度下,涂层与基体之间形成互熔区,涂层与基体之间产生良好的冶金结合.     

冲压件小螺纹底孔翻边参数的修正

结合长期的实践体会,分析了冲压件小螺纹底孔翻边参数,对冲压件小螺纹底孔部分翻边参数进行了有效的修正,修正后的参数在长期的运用中效果较佳。     

胫骨生物陶瓷复合材料的微结构增韧机理

扫描电镜观察显示胫骨是一种由羟基磷灰石和胶原蛋白组成的自然生物陶瓷复合材料.羟基磷灰石具有层状的微结构并且平行于骨的表面排列.观察也显示这些羟基磷灰石层又是由许多羟基磷灰石片所组成,这些羟基磷灰石片具有长而薄的形状,也以平行的方式整齐排列.基于在胫骨中观察到的羟基磷灰石片的微结构特征,通过微结构模型分析及实验,研究了羟基磷灰石片平行排列微结构的最大拔出能.结果表明,羟基磷灰石片长而薄的形状以及平行排列方式增加了其最大拔出能,进而提高了骨的断裂韧性.     

面向零件形状的计算机图形库的开发

论述了CAD技术中参数化设计的三种建模方法，重点介绍了基于特征的参数化建模原理。在此基础上，分析机械设计中的机构结构，归纳出其零件的几何特征构成。设计了机构CAD图形库，并提出了该图形库生成步骤和人机交互界面。     

AGC系统液压缸位移传感器的软修正

针对液压缺模拟位移传感器LVDT存在增益漂移的问题，研究出一套校正方法。其特点是利用轧机上的压力传感器及电动压下位移传感器来校正液压缸位移传感器，得出修正系数k。修正后，AGC系统运行状态明显稳定，控制精度进一步提高。     

锤杆导程及导板拉伤的修补工艺

介绍了空气锤锤杆导程及导板拉伤缺陷及其修复工艺，效果十分理想。     

钢材打捆机控制系统智能化技术的研究

钢材打捆机是一种用于轧钢精整工艺的新型自动化设备，其控制系统基于SiemensS7 PLC和TP7触摸屏。系统的智能化技术主要包括：液压高低压自动控制、在线监视、离线故障检测、多台设备协同工作、可视化人机交互技术。本文描述了这些技术的原理与实现方法。     

Development of the technology of ultrasonic welding of components made of Capron tapes

The technology of ultrasonic welding of components made of Capron tapes producing welded joints with high strength parameters has been developed. The numerical values of the main parameters of the conditions of ultrasonic welding of the Capron tapes are determined. It is shown that the increase in the amplitude and welding pressure shortens the welding time. The experimental results show that the Capron tapes are characterized by geometrical homogeneity in both the transverse and longitudinal direction so that the welded joints can be produced both along and across the tape.     

国内钨精矿市场价格振荡原因分析

介绍了国内外钨精矿资源分布情况,分析了近阶段价格波动原因及后期走势。     

输送管道中频感应加热的磁-热耦合仿真

通过建立二维轴对称数学模型,对实际工况下厚壁管道中频感应加热过程的磁-热耦合进行了数值仿真。分析了管道内部电磁场、涡流场与温度场的分布情况,研究了电流频率、输入电流以及线圈与管道之间的空气间隙等主要参数对管道加热效率的影响规律。结果表明,磁通密度和感应电流密度在同一路径上的分布规律相似,管道两端的磁通密度分布和电流密度分布存在很大的不均匀性。与实际试验结果相对比,所建立的模型及模拟方法合理可行。可以通过提高电流频率,增加输入电流密度,适当减小线圈与管道的空气间隙来提高管道感应加热的效率。