勾形磁場(chǎng)下分離結(jié)晶過程中熔體內(nèi)部對(duì)流的三維數(shù)值模擬.pdf

1、分離結(jié)晶Bridgman法作為一種新型的晶體生長(zhǎng)方法,融合了傳統(tǒng)垂直Bridgman法及Czochralski提拉法的優(yōu)點(diǎn),尤其在生長(zhǎng)對(duì)熱應(yīng)力敏感的晶體材料(如CdZnTe晶體)方面具有出色的表現(xiàn)。但是,分離結(jié)晶法仍然屬于熔體生長(zhǎng)法的范疇,當(dāng)自由表面存在溫度梯度時(shí),由表面張力梯度引起的熔體內(nèi)部熱毛細(xì)對(duì)流會(huì)增加分離結(jié)晶的難度,致使生長(zhǎng)的晶體質(zhì)量下降。在地面條件下,浮力對(duì)流使熔體流動(dòng)更加復(fù)雜,實(shí)現(xiàn)分離結(jié)晶的難度更大。CdZnTe熔體具有導(dǎo)電

2、性,因此本文嘗試通過施加磁場(chǎng)的方法削弱熔體內(nèi)部的流動(dòng),從而為分離結(jié)晶法生長(zhǎng)晶體提供理論指導(dǎo)。
　　本文重點(diǎn)研究勾形磁場(chǎng)作用下分離結(jié)晶過程中熔體內(nèi)部的流動(dòng),采用三維數(shù)值模擬的手段計(jì)算分析勾形磁場(chǎng)對(duì)熔體內(nèi)部流場(chǎng)和溫度場(chǎng)的影響。同時(shí),研究了狹縫寬度對(duì)熔體內(nèi)部流動(dòng)的影響。最后,分析對(duì)比了勾形磁場(chǎng)、軸向磁場(chǎng)以及兩者的復(fù)合磁場(chǎng)對(duì)熔體對(duì)流的抑制效果。
　　研究結(jié)果表明:
　　1)微重力條件下,施加勾形磁場(chǎng)可以抑制熔體內(nèi)部的熱毛細(xì)對(duì)流

3、,隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的增加,抑制作用逐漸增強(qiáng),熔體內(nèi)部等溫線分布趨于均勻。熔體上下自由表面的速度逐漸減小,溫度分布的非線性減弱,熔體流動(dòng)失穩(wěn)的臨界Ma數(shù)逐漸增大。
　　2)常重力條件下,熔體內(nèi)部的熱毛細(xì)-浮力對(duì)流隨著勾形磁場(chǎng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度增大而減弱,上下自由表面的速度逐漸減小。相同磁場(chǎng)強(qiáng)度和溫差條件下,常重力條件下熔體內(nèi)部的流動(dòng)較微重力條件下有所減弱。熔體流動(dòng)失穩(wěn)的臨界Ma數(shù)也隨著磁場(chǎng)的增強(qiáng)而增大。
　　3)隨著狹縫寬度S的增大,熔體