加热器/坩埚相对位置对ф200mm单晶硅生长过程中温度场和晶体质量的影响

采用CGSim晶体生长软件,对现有工业单晶炉中的加热器位置进行优化并分析了其对热场、固液界面、晶体中温度梯度和氧含量的影响。结果表明,随加热器的上移,功率消耗略有降低,熔体内的温度梯度逐渐下降,在高埚位的生长条件下可以适当提升拉晶速率;同时,固液界面也趋于平坦,晶体中的温度梯度有所减少,从而可以有效地抑制缺陷的形成。另外,晶体中的氧含量也有一定程度的下降。可以得出,在晶体等径生长初期,提高加热器的位置是降低晶体生长成本和提升晶体品质的途径之一。     

散热参数对冷心放肩微量提拉法生长蓝宝石晶体影响的数值模拟

利用数值模拟分析的方法,研究了冷心放肩微量提拉法生长蓝宝石晶体过程中热交换器散热参数对晶体质量的影响趋势;分析了热交换器的散热参数变化对晶体生长的固液界面凸出率和晶体内温度分布、温度梯度的影响.结果表明,热交换器的对流换热系数和工作流体的温度变化对晶体生长的固液界面突出率和温度梯度具有相似的影响效果;且在晶体长到一定尺寸后,只靠加大热交换器的散热热能力,不足使晶体继续生长.     

六硝基六氮杂异伍兹烷转晶中的分子动力学模拟

利用六硝基六氮杂异伍兹烷(HNIW)晶体生长及添加剂附着晶面的模拟,来优选添加剂使转晶得到的ε型HNIW晶体形状更规则;构立了ε型HNIW晶胞模型,采用分子动力学方法模拟了晶体生长的外部形态.应用分子动力学计算,筛选到能修改ε-HNIW晶体生长外形的T1、T2和T3添加剂.在转晶实验中利用T1、T2和T3添加剂修改了ε-HNIW晶体的外形,与分子动力学模拟结果基本一致.结果表明,分子动力学模拟可预示添加剂对ε-HNIW晶体生长的影响.借助这种模拟,易选择添加剂,使ε-HNIW晶体具有更规则的形貌.     

六硝基六氮杂异伍兹烷转晶中的分子动力学模拟

利用六硝基六氮杂异伍兹烷（HNIW）晶体生长及添加剂附着晶面的模拟，来优选添加剂使转晶得到的ε型HNIW晶体形状更规则；构立了￡型HNIW晶胞模型，采用分子动力学方法模拟了晶体生长的外部形态。应用分子动力学计算，筛选到能修改ε-HNIW晶体生长外形的T1、T2和T3添加剂。在转晶实验中利用T1、T2和T3添加剂修改了ε-HNIW晶体的外形，与分子动力学模拟结果基本一致。结果表明，分子动力学模拟可预示添加剂对ε-HNIW晶体生长的影响。借助这种模拟，易选择添加剂，使ε-HNIW晶体具有更规则的形貌。     

非牛顿熔渣冷却析晶行为研究进展

气化技术是煤化工的龙头技术，气流床气化炉具有燃料适用广、转化率高等优势，是大型煤气化的发展方向。由于原料组分或操作条件变化，反应后的灰熔渣在流动过程中会因晶体析出呈现非牛顿流体特性，造成排渣不畅，因此掌握炉内熔渣析晶行为对控制熔渣的流变特性及设备稳定运行有重要指导意义。论述了非牛顿熔渣析晶行为研究，分析了灰渣中结晶行为的影响因素。不同过冷度带来的晶体生长驱动力不同，从而影响晶体生长速率。增大冷却速率会导致晶体孕育时间不足，晶体生长较小。冷却速率超过熔渣的临界冷却速率时，熔渣呈现玻璃体状态。熔渣中主要成分变化导致熔渣的扩散特性及晶体类型改变，熔体碱性组分增加会促进熔渣结晶。此外，不同晶体种类，晶体大小和形状、固液界面析晶反应、晶体生长速率等均发生变化，从而引起流变特性变化。因此，总结了熔渣中几种常见晶体(钙长石、黄长石和尖晶石)的生长特性，以及晶体对熔渣流变特性的影响。对于非牛顿气化渣，晶体析出种类及对应的晶体生长特性仍不明确，有待进一步研究。通过晶体生长预测和控制来调节熔渣流变行为，将实现炉内液态渣层沿程流动的黏度变化预测，对于优化工程中液态排渣炉内熔渣流动有重要指导意义。     

加热温度对GOI法生长蓝宝石晶体影响的数值模拟

利用数值模拟分析方法,模拟了通过调节加热温度促进GOI法蓝宝石晶体生长的过程。分析了加热温度变化对晶体生长的固液界面凸出率、晶体内温度分布、温度梯度的影响;热交换器散热参数与加热温度之间的关系。结果表明,在GOI法蓝宝石晶体生长中,合适的降温控制程序有利于提高晶体生长质量,晶体生长速率会随着加热温度的降低而快速增加。在相同降温程序下,较大的热交换器散热能力具有较快的晶体生长速率;低的热交换器散热能力和加热温度有利于降低晶体生长的界面凸出率。     

Bridgman法晶体生长过程中界面形状的改变

对不同生长条件下,Bridgm an法晶体生长过程进行了计算,对界面形状的改变的规律加以总结,并讨论了不同生长条件对界面形状的改变的影响。换热系数、导热系数和晶体宽度是影响界面凸凹程度及其变化趋势的重要参数。     

拉锭速度对铸造准单晶硅固液界面、氧含量及V/Gn值的影响

太阳能级铸造准单晶硅具有较高的光电转换效率和低的生产成本,是一种具有竞争力的晶硅类太阳能电池材料.本文采用CGSim晶体生长软件,系统分析了拉锭速度对固液界面,晶体氧含量和V/Gn值的影响.结果表明,一方面,随着拉锭速度的增大,固液界面曲率逐渐加大,增加了铸锭边缘区域多晶的形成几率;另一方面,熔体温度逐渐降低,导致晶体氧含量会逐渐减少;同时,拉锭速度大于10 mm/h时,固液界面处V/Gn值均大于临界值.最终,最佳的铸造准单晶硅拉锭速度为10～15 mm/h.     

ScAlMgO4晶体的生长缺陷

采用提拉法生长出φ30 mm×55mm的ScAIMgO4晶体.在晶体生长过程中有轻微的挥发,粉末X射线衍射分析表明:挥发物质为MgO单相.运用扫描电镜、光学显微镜以及高分辨X射线衍射仪对晶体中的包裹物、开裂、生长条纹和小角晶界缺陷进行了研究.结果表明;温度梯度和热应力是形成晶体中缺陷的主要原因.通过合理设计温场,控制固-液界面的形状及冷却过程的降温速率,可以提高晶体的完整性.     

真空坩埚下降法晶体生长中传热的有限差分数值分析

本文针对目前实用的三种典型的坩埚下降法晶体生长温场形式,采用有限差分数值方法,计算出生长NaCl、CaF_2和YAG等晶体时物料中的温场分布,全面地讨论了各种参数对固液界面形状、位置及轴向温度梯度的影响,指出了在各种温场情况下为得到较为理想的界面形状和轴向温度梯度分布时可供选择的生长条件。     

用脱硫石膏制备高强石膏粉的转晶剂

半水石膏在没有外界因素干扰的情况下通常自由生长成针状晶体.为改变半水石膏晶体生长习性,获得短柱状的晶体,一般在溶液中加入改变晶体生长习性的转晶剂,转晶剂对高强石膏晶体的形成具有一定的诱导作用.综合利用"水溶液法"和"蒸汽加压法"形成了具有特色的"汽液结合法"工艺制备α型半水石膏,通过添加不同种类、不同数量的转晶剂来观察并研究探讨石膏晶体的形成结构以及抗压性能.结果表明:复合掺加0.040%硫酸铝和0.08%磺化三聚氢胺(F10)的效果最好,抗压强度可以提高33.21%.     

种子诱导结晶釉中硅酸锌晶化动力学(英文)

以ZnO为晶种,研究了SiO2-Al2O3-ZnO-CaO-MgO-K2O-Na2O系统结晶釉中硅酸锌的可控析晶过程。结果表明:起装饰作用的盘状硅酸锌晶体由冰针形状硅酸锌晶粒组成,受釉层厚度的限制,晶体生长沿0001方向。采用John William Mullin以及Johnson-Mehl-Avrami动力学模型模拟灼烧过程中晶体生长,低温下晶体生长主要受前驱体在玻璃相中扩散控制,在高温下,则主要受前驱体和晶核界面反应控制。     

Al-Si合金熔析结晶过程中界面稳定性与硅晶体生长的控制

利用交变磁场与温度场耦合作用,通过控制Al-Si合金熔析结晶时硅晶体生长过程中固液界面的稳定性,解决硅熔析精炼过程中硅晶体与合金熔剂分离难的问题,分析了耦合物理场在结晶过程中的作用机理.结果表明,硅铝合金熔体中硅含量越高,越难发生成分过冷现象,固液界面越稳定,有助于生成致密的块状硅晶体;坩埚内径由3 cm降至1 cm,熔体内温度场分布发生变化,固液界面曲率由16.7变为125,形成的硅晶体更致密,硅晶体与合金熔剂的分离效果增强,硅晶体区域所占比例由0.57减小至0.42;下拉速度越慢,固液界面越稳定,硅晶体与合金熔剂的原位分离效果越好,当其为0.05 mm/min时,样品底部硅晶体比例为99.9%,而样品顶部基本没有硅晶体.电磁场的电磁搅拌作用可增大熔体流动,强化熔体传质,增大固液界面前沿硅含量,提高固液界面稳定性.     

无水醋酸钠结晶过程中析晶温度和颗粒粒径在线测量

结晶过程是化工单元操作中一种高效节能的固液分离与提纯技术,广泛应用于食品、医药、染料等生产过程。结合超声法、图像法和光学浊度法研究了无水醋酸钠的结晶过程,通过超声模型结合最优正则化反演算法求解晶体颗粒粒度分布,在线测量了不同降温速率和搅拌速率下的析晶温度、晶体尺寸和形貌变化。结果表明：较快的降温速率可促进晶体生长,搅拌速率较快初期晶体尺寸较大,但后期由于颗粒磨损致平均尺寸减小;相同条件下光学浊度法较超声法较早测得析出晶体,实验中析晶温度偏差低于15%;图像法直观观察到了晶体生长过程并较好表征了晶粒形貌,与超声法具有接近的晶粒增长趋势,当晶体稳定析出后两者体积中位径偏差在15%以内,均较好地反映了实验条件对结晶晶体尺寸的影响。光学方法可更精细体现结晶初期特征,而在结晶后期超声法仍可对粒径进行有效测量。     

TATMP对碳酸钙晶体生长动力学的影响

利用接种生长方法研究了TATMP 对过饱和溶液中碳酸钙晶体生长速度的影响。结果表明,TATMP 存在时,碳酸钙晶体生长服从不加阻垢剂时空白液中的速度方程,是二级界面控制过程。TATMP 显著降低了碳酸钙晶体的生长速度。     

高温合金定向凝固中自然对流和界面形状的模拟

采用有限元方法模拟了DZ417G镍基高温合金定向凝固过程中的温度场、流场和界面形状的变化,考察了凝固阶段坩埚的拉速和炉子的温度梯度对流场和界面形状的影响.结果表明,随着拉速从6mm/min增加到24mm/min,凝固界面上方产生的中心向上流动的旋涡强度增加,界面的差值f从1.5mm增大到7.2mm,曲率显著增加;当拉速为6mm/min时,随着温差增加到1000℃后,凝固界面上方未产生新的旋涡,凝固界面可始终保持平界面.     

基于CA-LBM三维模型的硅小平面枝晶生长数值模拟

为了解析硅小平面枝晶生长机制,真实再现其生长过程,建立了三维的元胞自动机-格子Boltzmann方法(CA-LBM)耦合模型,通过元胞自动机计算硅枝晶的生长,通过格子Boltzmann方法计算硅晶体凝固过程的温度场,通过硅晶体生长过程中释放出的凝固潜热将二者耦合,并引入高各向异性函数,对硅三维小平面枝晶的生长进行了数值模拟。分析了界面能各向异性及初始过冷度对三维小平面硅枝晶形貌的影响。结果表明:三维硅小平面枝晶具有很强的各向异性,三维模型能更真实准确地模拟硅小平面枝晶的生长。     

木糖醇发酵模型液的结晶动力学研究

本研究基于发酵法生产木糖醇的特点配制木糖醇发酵模型液,研究了杂质、温度、过饱和度、晶种投入量及晶种规格等因素对木糖醇结晶过程中晶体生长速率的影响。实验表明,木糖醇晶体生长速率与温度及过饱和度成正比关系。山梨醇、阿东糖醇等共存杂质都会阻碍木糖醇的结晶。而晶种投入量及晶种规格对木糖醇晶体生长速率的影响很小,可忽略不计。根据公式及Arrhenius方程,建立木糖醇晶体生长动力学方程,计算晶体生长活化能的大小,并对木糖醇晶体生长限速机制进行了分析。在木糖醇晶体生长的不同阶段,速率控制机制与表面融合机制都起到了控制结晶的作用。     

直拉法单晶硅中位错影响因素研究进展

在介绍了直拉法单晶硅中位错形成及运动机理的基础上,归纳了其生长过程中籽晶热冲击、固液界面、晶体直径和杂质等因素对位错的影响,分析了硼、锗、氮、磷、砷掺杂元素和氧杂质对单晶硅位错行为的影响。籽晶热冲击会引起位错,而通过缩颈、回熔、籽晶预热以及采用掺杂的籽晶等方式可以使其得到抑制。凸向熔体的固液界面引起较大的边缘切应力产生边缘位错,当形状为平面时,可抑制位错形成;在重掺n型单晶硅中,固液界面的演变和{111}边缘面的形成可能促进过冷区域产生并中断顶锥生长,进而引发位错,并且边缘面的长度与熔融等温线的曲率有关;引晶时籽晶的不完全引晶,会产生位错且无法排出晶体,进而延伸至硅棒中;单晶硅直径增大和长晶过程中的直径波动都会增加位错的形成风险。掺杂是抑制位错形成与运动的有效方法,硼、锗、氮、磷、砷以及氧杂质对位错都起着不同程度的抑制作用,主要原因在于杂质原子对位错的钉扎效应。最后,针对缩颈工艺、热场设计、掺杂工艺和理论建模等方面,对未来的研究工作做出了展望。     

空间低温氧化物熔体晶体生长的数字模拟研究

地面上 ,由于受浮力对流、分层和沉淀等因素的影响 ,难以阐明晶体生产和凝固现象的本质 ,从而无法获得组份均匀、结构完整和性能优良的材料 ,因此自七十年代以来 ,已进行了大量的空间晶体生长实验 ,但由于对空间环境在晶体生长过程中的流体效应参数缺乏了解 ,实验结果往往与设想的不一致。数字模拟方法可以模拟实际晶体生产过程 ,了解晶体生长参数的变化对晶体生长的影响 ,本文利用数字模拟的方法 ,对本实验室建立的空间三维实时观察装置中 ,低温生产NaNO3熔体晶体中的流体效应及温场进行了数字模拟研究 ,结果表明 ,在地面生长 ,熔体内部存在复杂的双涡流动模式 ,重力对熔体中的温场和速度场的分布产生强烈的作用 ,而在空间 ,当微重力水平达到一定程度时 ,可以使熔体中的流动模式简单化 ,从而降低流动效应对传热、传质造成的不稳定性和不均匀性 ,有利于提高晶体生长的质量。同时通过对流场中的温度分布分析表明 ,降低重力可以明显改变晶体生长固液界面附近的温度梯度 ,并使温场 ,速度场分布朝着稳态生长的方向发展