波樣耗散結構的空間構造及形成過程.pdf

1、波樣耗散結構出現(xiàn)在Czochralski(Cz)融液生長法制備單晶過程中，它是一種復雜的熔體熱對流現(xiàn)象，主要由浮力不穩(wěn)定性、毛細力引起的表面張力不穩(wěn)定性以及旋轉引起的離心力不穩(wěn)定性等引起的。大直徑高品質(zhì)的單晶體是單晶生產(chǎn)界的追求。波樣耗散結構出現(xiàn)在大尺度單晶體生長系統(tǒng)中的融液表面，因此研究它，對于單晶生產(chǎn)的大直徑化和高品質(zhì)化，意義非常重大。 自從發(fā)現(xiàn)波樣耗散結構，學者們就對它進行了大量研究，但是這些研究很少有揭示波樣結構是由什么

2、樣的、更小更基本的結構單元構成，也很少有研究這些更小更基本的結構單元是如何相互作用而形成宏觀上的有序結構，同時對于引起波樣耗散結構的幾種不穩(wěn)定作用力中究竟是哪個作用力所起作用最大也缺乏研究。 本文以Czockralski(CZ)法晶體生長系統(tǒng)中坩堝內(nèi)熔體為研究對象，通過大規(guī)模數(shù)值模擬出了具有不同波數(shù)的著名耗散結構-波樣流動，并應用正交分解法抽出了波樣耗散結構的基本流動模式，分析了基本流動模式形成波樣耗散結構的動力學過程，研究了究

3、竟是哪種不穩(wěn)定性作用力對波樣耗散結構的形成影響最大。 研究結果發(fā)現(xiàn)：(1).波樣耗散結構的主要基本模式是很有規(guī)律的，宏觀的大渦是在許多基本小渦的基礎上形成的。兩個波的波樣耗散結構的基本模式是成對出現(xiàn)的，而且在周向是規(guī)律性以4個小渦遞增的。類似地，3個波的波樣耗散結構基本模式是以3個為一組出現(xiàn)的，在周向是規(guī)律性以6個小渦遞增的。它們徑向都是由1層至多層增加的。 (2).波樣耗散結構的原始溫度場可以由平均溫度場和瞬時溫度場線

4、性重構。波數(shù)2和3的波樣耗散結構的平均溫度場等溫線分布為平凡的同心圓。通過在平均溫度場的基礎上逐一疊加加權主要基本模式的方法，我們發(fā)現(xiàn)溫度場宏觀上的轉動，是由于不同基本模式呈現(xiàn)與隱退交替進行的結果。 (3).為了了解引起波樣耗散結構的幾種不穩(wěn)定性作用力中究竟哪種作用貢獻最大，本文還分析了由浮力不穩(wěn)定性或旋轉引起的離心力不穩(wěn)定性分別單獨作用時數(shù)值計算的結果。由單獨浮力和單獨離心力作用下的融液表面等溫線分布均表現(xiàn)為平凡的同心圓，但是