铝液凝固过程中显微组织对溶质元素偏析的影响

以溶质元素分配系数小于1的元素Fe、Si、Ga、Zn为研究对象,通过分析工业试验条件下铝液凝固过程中杂质元素含量变化,以及对应的显微组织(包括晶粒形貌、尺寸和金属间化合物),并与热力学计算软件Factsage计算的Scheil-Gulliver冷却条件下杂质元素含量和析出相进行了比较。研究发现,铝液凝固初期固相中杂质元素含量最低,且均大于理论计算值,随着凝固的进行,杂质元素含量逐渐增高且与理论值偏差越来越大,出现以上现象的原因包括：1)铝液实际凝固过程中存在边界层效应,即从固相中排出的杂质元素没有完全扩散到液相中;2)铝液实际凝固过程中存在微观偏析现象,即沿着晶界处有Al-Fe-Si中间相析出。另外,发现本研究试验条件下铝液凝固组织有粗大柱状晶、细小柱状晶、等轴晶,粗大的柱状晶更有利于提高部分杂质元素的偏析提纯效率,通过控制提高强制冷却可以促进粗大柱状晶的形成。     

多晶硅生长过程固液界面、应力、位错及熔体流动的变化规律

定向凝固（DS）法生产的多晶硅锭是光伏产业最基础、最主要的功能性材料之一，但实际生产中多晶硅复杂的工艺仍需进行优化。采用有限体积法对定向凝固法多晶硅生长过程进行瞬态全局模拟，数值模拟过程中将温度场、应力场和流场进行耦合，以研究多晶硅生长过程中固液界面波动率、硅锭内应力、位错密度以及硅熔体流动的变化规律。结果表明，长晶初期固液界面波动率较大，为29.83%，而长晶中期和末期界面波动率仅为6%和3.434%；且熔体流速也对固液界面影响较大，通过降低靠近固液界面处的熔体流动速度有利于形成平坦的固液界面；在生长过程中硅锭中最大位错密度和最大应力值随长晶时间变化趋势大致相同，控制和优化长晶后期的工艺参数可以有效减少多晶硅生长过程中应力值和位错密度，为多晶硅定向凝固过程预测和控制提供一定的理论支持。     

高纯铝旋转偏析行为研究

采用自主研制的高纯铝的旋转偏析设备、 Element GD型辉光放电质谱仪（GDMS），结合界面稳定性理论，研究了偏析速度和旋转速度对高纯铝提纯效果的影响以及杂质元素在偏析锭上的分布特征。结果显示：晶体以平界面生长的临界速度为52 mm/h。偏析速度增加，导致杂质元素在晶体中的浓度明显增加，提纯率显著降低，偏析速度增加破坏原有稳定扩散状态，改变了杂质元素分凝能力。旋转速度增加，诱发杂质元素在晶体中的浓度明显降低，提纯率显著增加，旋转偏析有效提高熔体温度梯度，降低有效分配系数（Ke），改善晶体提纯效果。平衡分配系数（K0）<1的杂质元素含量从偏析锭心部到表面逐渐增加，K0>1的杂质元素正好相反，杂质元素浓度极差表明偏析锭底部均匀性最好。     

浅谈电解原铝偏析法生产高纯铝用硼除钛、钒

电解原铝偏析法提纯高纯铝过程中,Ti、V杂质平衡分配系数大于1,通过偏析法提纯不能除去,反而在固溶体中含量增加,影响了高纯铝的使用性能。本文从工业偏析法提纯高纯铝的角度,大致的分析了Ti、V杂质元素的来源,提出了控制Ti、V杂质元素在偏析法生产高纯铝中的去除方法。     

高纯铝定向凝固提纯技术应用研究

高纯铝是目前最主要的电子新材料,通过定向凝固工艺获得的高纯铝具有纯度高、成本低的优势,该法目前被产业界广泛采用。简单介绍了定向凝固技术的原理,重点分析了国内外高纯铝定向凝固技术的新工艺、新方法,最后对高纯铝定向凝固技术存在的问题及发展趋势进行了分析总结。     

多晶硅锭的制备及其形貌组织的研究

研究了采用定向凝固法制备多晶硅锭的凝固速率与表面形貌、晶粒尺寸以及显微组织缺陷的关系。找出了晶锭不出现细晶的临界生长速度 ,并对固液界面形状进行了探讨。多晶硅锭的制备工艺主要包括定向凝固法及浇铸法。采用定向凝固法制备多晶硅锭 ,通过改变降埚速率控制晶体生长速度 ,进而找出晶粒大小与降埚速率的关系 ;同时通过改变石英坩埚、石墨托厚度 ,冷源半径等几何参数来达到控制固 液界面形状的目的。     

碳钢/不锈钢液固浇铸复合界面特性研究

界面特性对于碳钢/不锈钢双金属复合材料的质量控制至关重要。基于碳钢/不锈钢液-固复合新材料与工艺开发需要，对Q235/304液-固浇铸复合工艺进行了凝固模拟分析，并利用浇铸实验与剪切实验研究了液-固复合界面的组织与成分变化行为及其对后续轧材力学性能的影响。研究表明，不锈钢基板结合面凹槽化预处理有助于提高整体浇铸复合效果；实现有效冶金复合的温度与界面重要条件则为较高的碳钢过热钢液与不锈钢基板预热温度。其中，液-固复合工艺实现2钢种界面冶金复合的主要特征是：基板界面侧产生有一定厚度的重熔层；复合界面具有一定厚度的合金元素扩散层。据此，获得的液-固复合界面热轧态剪切强度达400 MPa以上，远高于国标210 MPa的门槛值，有望更好地提高这类双金属复合材料的服役性能。     

基于欧陆温控仪2604和工控机的温度监控系统的通信问题

用定向凝固法提纯铝的关键是精确灵活控制熔体温度场,本文就高纯铝提纯系统的温度监控子系统进行了介绍,重点讨论了子系统中工控机与欧陆温控仪2604间的通信问题.     

高纯铝定向凝固短流程提纯设备以及提纯方法

正中国专利CN104561591B本发明介绍了一种高纯铝定向凝固短流程提纯设备以及提纯方法,该提纯设备包括各自独立的提纯装置和加热装置,共同设置在一个大熔炼炉壳内部。本发明具有能耗低、处理量大、提纯效率高、产品纯度高等优点。     

定向凝固研究易切削钢中硫化物的生成行为

通过定向凝固实验研究了易切削钢中硫化物的生成过程,并建立了枝晶臂间距、硫化物的平均直径与凝固条件之间的关系.实验结果表明:随着温度梯度和拉速的增大,MnS的平均直径减小,数量增多;定向凝固过程中硫化物的完全析出温度大约在固相线温度下100℃左右,MnS形态的改变,主要受其组成元素的活度影响,即MnS形态的改变受其界面自由能的影响;对定向凝固实验中钢的枝晶臂间距、硫化物的平均直径与凝固条件的关系进行了拟合,拟合结果与前人研究结果相吻合.      

分凝过程中杂质的分配系数及其测定方法 第一部分：分凝过程中杂质的分配理论(第二部分待续)

杂质的分配系数是一个重要的物理化学常数。金属在凝固过程中,利用溶质在固液相中的不同分配,可对结晶物质中可溶性杂质的分布进行调节和控制。如在纯金属及半导体冶金中,采用区域熔化提纯     

电子束诱导定向凝固过程中晶体形貌对杂质分布的影响

产业条件下,利用电子束诱导定向凝固技术提纯多晶硅实现晶硅尾料的循环再利用,在硅锭中包括类单晶和柱状晶两种晶体形貌。与多晶区域相比,类单晶区域电阻率和少子寿命等电学性能分布比较均匀,铁杂质的含量分布也较均匀,其质量百分数平均值为0.000031%。电子束诱导定向凝固过程中类单晶的出现,不仅可以保证铸锭提纯区金属杂质成分均匀,而且可以进一步促进杂质向铸锭顶部富集,铸锭顶部的铁杂质含量高达0.101%。因此,利用电子束诱导类单晶生长成为可能,促进金属杂质的去除,为循环硅料的再生提供途径。     

铝合金铸件定向凝固过程的数值模拟

为了研究铝合金定向凝固组织的变化规律,采用有限元软件ProCAST对Al Si Cu合金定向凝固过程进行模拟,分析了不同浇注温度和抽拉速率对铸件定向凝固过程中的温度梯度、固液界面前沿、糊状区宽度、枝晶生长速率和二次枝晶臂间距的影响。结果表明,当浇注温度越高时,温度梯度越大,而固液界面前沿下凹越小,糊状区宽度也越窄,从而越有利于顺序凝固的发生;随着抽拉速率的增大,枝晶生长速率先增大后减小,当抽拉速率为200 μm/s时,最大生长速度达到0.093 mm/s,铸件凝固组织最佳;当抽拉速率大于300或小于200 μm/s时,都会导致枝晶生长速率缓慢,枝晶生长不平稳,二次枝晶臂粗大。对模拟得到较优的工艺参数进行试验验证,可以制备出具有较好力学性能的铸件。     

VGF法生长4英寸GaAs单晶固液界面形状和热应力的数值模拟研究

采用专业晶体生长数值模拟软件CrysMas,模拟了垂直梯度凝固法(VGF)生长4英寸GaAs单晶过程中的固液界面形状,发现晶体在生长过程中固液界面形状经历了由凹到凸的变化.数值模拟结果表明熔体中和晶体中的轴向温度梯度之比小于0.4时,固液界面为凸向熔体,与理论推导结果一致.模拟了晶体生长过程中固液界面附近的晶体中的热应力值,发现固液界面为平界面时晶体中的热应力具有最小值.推导计算了VGF GaAs单晶生长过程中固液界面凹(凸)度的临界值,当固液界面凹(凸)度小于该值时,晶体中的热应力低于临界剪切应力.     

稀土变质铸铁中石墨—奥氏体共晶的生长方式

用Ｂｒｉｄｇｍ ａｎ 定向凝固技术制取了稀土变质共晶铸铁不同石墨形态时的液－固平界面试样。观察结果表明,稀土变质铸铁共晶凝固过程中,石墨相不论形态如何均为领先相;石墨与奥氏体共晶有共生生长和离异生长两种生长方式。在共生生长情况下,奥氏体紧贴石墨片两侧协同生长,形成锯齿状的液－固界面结构;在离异生长情况下,石墨相单独在液相中析出并充分长大,随后被奥氏体包围,液－固界面形态主要取决于奥氏体－液相界面的稳定性。分析表明,稀土在石墨－液相界面的富集是导致石墨－奥氏体共晶离异生长的主要原因。     

冶金法提纯太阳能级硅材料的研究进展

分析了国内外硅材料的供应及生产状况,对太阳能级硅材料冶金法提纯工艺中的湿法精炼技术、造渣提纯技术、电子束真空提纯技术、等离子体吹气技术、定向凝固技术等进行了综述,总结了有效去除金属及B、P杂质的提纯流程,指出冶金法可能是今后提纯多晶硅的研究方向。     

冶金法提纯太阳能级硅材料的研究进展

分析了国内外硅材料的供应及生产状况,对太阳能级硅材料冶金法提纯工艺中的湿法精炼技术、造渣提纯技术、电子束真空提纯技术、等离子体吹气技术、定向凝固技术等进行了综述,总结了有效去除金属及B、P杂质的提纯流程,指出冶金法可能是今后提纯多晶硅的研究方向.     

Ce与Ca—Si对低硫16Mn钢一次结晶组织的影响

作者采用定向凝固工艺考察了Ce与Ca—Si对于低硫16Mn钢一次结晶的影响。研究发现:Ce使胞晶间距离增加;使二次枝晶臂间距变小;使柱状晶区缩短;使等轴晶粒细化;使C、Mn的显微偏析减少。而Ca—Si对一次结晶几乎没有影响。实验工艺可以排除晶体固一液界面附近的夹杂物,因此;Ce的上述影响主要是Ce作为溶质元素的合金化作用。     

侧壁定向凝固偏析法一次提纯工艺生产精铝产品实践

某企业采用侧壁定向凝固偏析法生产精铝，出现锌和钒杂质含量无法达到行业标准3N5精铝的要求。本文通过理论分析原铝中各杂质元素的平衡分配系数并结合生产实际可知，锌杂质无法满足要求的原因是原铝中锌杂质含量较高，且锌在铝中的平衡分配系数相对偏大，去除效率低；钒杂质无法满足要求的原因是钒在铝中的平衡分配系数大于1,为5.1,无法通过偏析法提纯去除。本文根据精铝杂质控制要求和提纯除杂效率，推算出氧化铝中各杂质成分的控制要求，提出采用高品位优质原料的措施；针对钒无法通过偏析法去除的问题，采用硼砂和氯化锶除钒的方案。最终应用定向凝固偏析法成功生产合格的精铝产品。     

稀土La在Al-Si共晶合金中的偏聚及其与合金细化变质的关系

本文通过定向凝固和液-固界面的微区成份分析及电镜组织观察,研究了La在Al-Si共晶合金中的分布规律和共晶两相生长特点与合金细化变质的关系。试验表明,La在液-固界面前沿明显富集,共晶生长形态发生变化,α-Al领先相树枝晶发展,共晶枝晶和α-Al枝晶均有颈缩和熔断现象。