多晶硅铸锭炉热场结构的改进与模拟

在多晶硅铸锭炉内采用了凹坑坩埚和凹坑坩埚平台组合的改进结构,并结合COMSOL4.3a模拟软件对改进前后的热场做了对比分析。结果表明:与改进前相比,在改进后的热场结构中,硅熔体结晶界面趋于平坦,等温线更加均匀,熔体轴向温度梯度增加了大约2 K/cm,有利于柱状晶的生长;硅熔体对流强度增大,可以使溶质分布更加均匀;GL/VS变大、溶质边界层厚度减小,有利于阻碍结晶界面前沿发生组分过冷,进一步抑制结晶界面细晶的产生。     

多晶硅铸锭炉热场结构的优化及数值模拟

为了提高多晶硅铸锭炉生产效率,在450 kg铸锭炉炉体不变的基础上,利用有限元方法对其热场结构进行优化,使坩埚装料量达到550 kg。对优化后热场模型进行数值计算,550 kg硅料完全熔化需要19.3 h,每小时可熔化硅料28.5 kg。通过对计算结果分析,确定优化后热场可以使硅料完全熔化,且单位质量硅料熔化时间减少,提高了铸锭炉生产效率。     

多晶硅铸锭炉双区加热系统的数值计算

对450型多晶硅型铸锭炉加热系统进行优化,提出了双区加热系统的理论,即对顶部加热器和侧面加热器加热功率分别控制;同时对侧面加热器结构进行优化。利用有限元软件ANSYS对加热系统优化后铸锭生长过程进行数值计算,对优化后硅料熔化过程、硅液内部温度分布、硅锭退火过程及硅锭纵向温度分布进行分析,计算结果显示,优化后硅液等温线较平坦、硅锭退火后温度梯度减小,熔化和退火阶段时间明显缩短,可以降低铸锭生产能耗,提高生产效率。     

多晶硅铸锭炉加热器功率分配对晶体品质的影响

通过计算机仿真模拟方法针对不同的顶侧加热器电阻比值进行建模,研究其对晶体生长过程的影响,结合生产实验来确定最佳电阻比值,与优化过的铸锭工艺进行搭配,最终获得了稳定的较平微凸的固液界面,在长晶过程中能够很好地抑制坩埚侧壁形核,得到垂直的柱状晶结构,并有利于维持优势晶向和随机晶界的比例。此外,本项目通过对顶侧加热器电阻比值的调整,改善了熔体流动模式,有利于杂质向硅锭边部及外部输运,减少了杂质对多晶硅晶体品质的负面影响。     

多晶硅铸锭炉的三维热场分析

以GT Solar公司DSS~(TM)450型多晶硅铸锭炉为例,建立了铸锭炉热场的三维热学模型,由此计算并获得了炉内的三维热场分布,发现热场呈三维分布,而不是简单的二维轴对称分布;比较了4种不同功率分配方案的热场分布,发现提高顶部加热器的功率配比对温度不均匀性有一定的改善,但却会使加热效率大大下降;对冷却板内的温度分布也进行了数值模拟,发现支撑柱对热场有重要影响。     

液-固双金属复合铸造结合界面温度场的模拟

结合材料在温度变化过程中热物理性参数的变化,利用ANSYS软件对液-固双金属复合铸造过程中界面的温度场进行模拟,得到了复合界面的温度及分布随时间变化的关系。从而有效地预测了复合层是否达到完全冶金结合以及复合层中缩孔、缩松等缺陷出现的可能性及位置,为优化液-固双金属复合铸造工艺方案提供了科学指导。     

碳钢-不锈钢固-液复合铸轧的热流数值模拟

铸轧区的温度分布是影响铸轧过程的稳定性和复合带材质量的重要因素。根据流体力学及双辊铸轧技术的特点建立了数学模型,运用Fluent软件对碳钢-不锈钢固液复合铸轧进行了模拟计算,得到了不同浇注温度和铸轧速度下熔池内温度场的变化情况,分析了浇注温度、铸轧速度分别对温度场的影响情况,此模拟可预测不锈钢水凝固前沿的位置,为双辊固液复合铸轧工艺的进一步研究提供借鉴。模拟结果表明,铸轧速度对熔体温度分布的影响要大于浇注温度。当浇注温度为1 803K,铸轧速度为6m/min时可保证铸轧稳定进行。     

多晶硅铸锭炉隔热笼的优化及热-结构耦合分析

为了降低铸锭炉内隔热笼的热变形,对隔热笼结构进行优化,并利用有限元ANSYS Workbench软件对优化前后隔热笼模型进行热-结构耦合计算。结果表明,通过结构优化可以减小隔热笼的热变形,提高隔热笼的使用寿命,给实际生产提供理论指导。     

Cu/Al复合带固-液铸轧热-流耦合数值模拟及界面复合机理

双金属层状复合带固-液铸轧成形是集快速凝固与轧制复合为一体的短流程新工艺,为揭示固相覆层金属带材与基体熔体在双辊铸轧区内的复合机理,以d160 mm×150 mm双辊实验铸轧机为对象,利用Fluent商用软件建立Cu/Al固-液铸轧复合过程二维热-流耦合计算模型,研究铸轧速度、浇注温度、铜带厚度和预热温度对熔池流场、KISS点位置与复合界面温度分布的影响规律。Cu/Al固-液铸轧复合实验结果表明,铸轧区内固-液接触区、固-半固态粘连区、固-固轧制复合区界面结合效果呈现递进式强化规律,显示出温度和轧制压力对界面复合的重要作用,对成形工艺制定具有重要的指导意义。     

固液界面形态对传热过程的影响

分别用20钢和2036铝合金作为固相材料,用Al-13Si铝合金作为液相材料,探讨了在加热过程中,不同形态的固液界面对传热过程的影响。结果表明,在液相合金的固相层形成之前,固液界面的传热效果主要取决于固相材料传热特性;固液界面的接触情况对界面传热的效果产生较大的影响;在液相合金的固相层形成之后,固液界面的传热效果主要取决于液相合金固相层的生长过程所释放出来的结晶潜热;当固相合金发生界面熔化时,界面的熔化速度及结晶潜热将对固相的温度产生影响。     

石英陶瓷坩埚对多晶硅铸锭质量的影响

分别从多晶硅铸锭利用率、少子寿命和外观质量三个方面对比分析了三个不同厂家的石英陶瓷坩埚对多晶硅铸锭质量的影响。对比分析各项指标后,判断b厂家的坩埚性能优异,得到的多晶硅铸锭质量最好,适合于大规模生产。     

籽晶类型对高效多晶硅铸锭质量的影响

在相同的炉台、坩埚和铸锭条件下,对比研究了半圆柱形致密原生多晶硅棒料和多晶硅颗粒料作为籽晶对高效多晶硅铸锭质量的影响.通过光致发光(PL)图、少数载流子寿命、化学金相腐蚀等方式分析了两种籽晶下铸锭的质量.结果 表明:致密原生多晶硅棒料作为籽晶具有一定的形核优势,尾料底部没有空洞,晶粒垂直性、晶粒均匀性相对较好;少数载流...     

液-固双金属复合界面研究新进展

综述了液固双金属复合材料的研究现状，从复合界面成分变化、显微组织、力学性能方面介绍了高速钢和高铬铸铁复合界面研究的新进展，阐述了界面结合机制，并对今后研究提出建议。     

液-固双金属复合界面研究新进展

综述了液固双金属复合材料的研究现状,从复合界面成分变化、显微组织、力学性能方面介绍了高速钢和高铬铸铁复合界面研究的新进展,阐述了界面结合机制,并对今后研究提出建议。     

基于数值模拟的定向连续铸造固液界面位置人工神经网络模型的研究

基于人工神经网络原理及数值模拟技术,对定向凝固连续铸造过程中控制参数的选取进行了研究。利用自行设计的上引式定向凝固连铸机,结合数值模拟,提取了引晶速率、熔体温度、结晶器温度、冷却水温度、冷却水流量、冷却距离等控制参数值及相应目标参数值的固液界面位置。通过归一化处理所得数据,采用BP算法训练网络,对定向凝固连铸控制参数与固液界面位置之间的映射关系进行了函数逼近,建立了固液界面位置神经网络模型,依据该模型,可定量预测定向凝固连铸过程的工艺状态,并可为将来的定向凝固连铸神经网络控制提供可行的控制模型。     

铸锭凝固行为的数值模拟

通过对单元体内溶质守恒的分析，修正了Ｂｅｎｎｏｎ和Ｉｎｃｒｏｐｅｒａ模型中的溶质守恒方程。采用修正后的控制方程，模拟了铸锭凝固过程中流场，温度场和浓度场的相互作用。     

铝液保温炉热工行为的数值模拟

通过耦合用户自定义的热负荷波动变化模型及铝液温度控制模型建立了倾动式铝液保温炉热工行为的数学模型,运用计算流体力学软件FLUENT UDF和FLUENT Scheme混合编程实现了铝液保温炉运行过程的数值解析,对铝液保温炉特性要因进行热工特性分析,结果分析表明:标况下的计算结果与实验结果吻合较好;随着空气预热温度的提高,铝液温度上升较快;采用富氧助燃时,铝液温度上升较快,但铝液温度相对标准差较大;烟道位于燃烧器同侧时,铝液温度上升较快,且铝液温度相对标准差比烟道异面时小。     

多晶硅大规模铸锭的工艺技术

在论述多晶硅铸锭技术发展的基础上,对太阳能光伏硅片制造的多晶硅铸锭工艺技术进行了全面的介绍。设计了准单晶铸锭工艺和多晶铸锭工艺。后者已被业内广泛采用,是目前太阳能光伏硅片制造所采用的主要工艺。     

熔体-结晶相固-液界面能的研究进展

结晶相的凝固特性决定其凝固后的组织和性能,要对结晶相凝固特性与过程进行准确表征与有效控制,就必须知道熔体-结晶相固-液界面能的准确数据。本文结合作者长期以来对熔体-结晶相固-液界面能的研究工作,论述了熔体-结晶相固-液界面能实验测定和理论研究方面的相关进展。通过对不同温度下固-液界面能实验测定结果的分析比较,发现熔体-结晶相的固-液界面能随温度的降低而减小;找出了Spaepen固-液界面能模型与实验测定结果不相符的原因;提出基于固-液界面结构的固-液界面能理论模型及用其确定固-液界面能的方法。结果表明,当前模型对固-液界面能的预测结果不仅与熔点温度下实验值和模拟值相吻合,而且也与过冷温度下实验值和模拟值相吻合。     

小角度纵波在固-气、固-液界面的反射

超声为液位检测提供了多种方案。对大孔径密闭容器,一种可能的方案就是通过单探头从容器侧壁采集容器内壁面与液体形成的界面反射回波进行液位评价,这时固-液、固-气反射回波的差异决定了液位评价方法的灵敏度。首先利用斯涅耳定理和边界条件,理论分析了超声纵波由固体一侧倾斜入射到固体-真空和固体-液体界面时纵波的声压反射系数与入射角之间的函数关系;结合密闭绝缘瓷套内部硅油油位的检测实例,在已知容器壁材料及内部液体介质特性的情况下,给出了纵波在陶瓷-硅油界面和陶瓷-空气界面反射系数与入射角之间的函数曲线,获得两者取得最大差异时的最佳角度。为进一步优化超声侧壁油位检测方案及提高检测灵敏度提供依据。