軸向磁場下分離結(jié)晶過程中熔體熱毛細(xì)對流的三維數(shù)值模擬.pdf

1、新型分離結(jié)晶Bridgman方法是一種新型的晶體生長方法，它完美結(jié)合了傳統(tǒng)Czochralski提拉法和Bridgman定向凝固法的優(yōu)點(diǎn)，生長出的晶體質(zhì)量較為理想，尤其是在生長對熱應(yīng)力比較敏感的CdZnTe晶體方面頗具優(yōu)勢。目前，這種新型晶體生長方法在微重力條件下雖然取得了一些成功，但是結(jié)果并不令人非常滿意。究其原因，關(guān)鍵在于由表面張力作用誘導(dǎo)的熔體內(nèi)部的熱毛細(xì)對流影響了晶體的生長質(zhì)量。為了削弱熔體內(nèi)部的熱毛細(xì)對流，本文嘗試通過施加磁場

2、影響熔體內(nèi)部的流動，研究結(jié)果可為新型分離結(jié)晶Bridgman方法的應(yīng)用提供理論參考。
　　本文重點(diǎn)針對微重力條件下，軸向磁場作用下新型分離結(jié)晶法生長CdZnTe晶體過程的熔體部分建立三維物理模型和數(shù)學(xué)模型，采用有限差分法進(jìn)行數(shù)值模擬，得到了熔體內(nèi)部的流場分布和溫度分布，分析了磁場對熔體內(nèi)部流動的影響作用。
　　研究結(jié)果表明：
　?。?）通過施加軸向磁場可有效地削弱熔體內(nèi)部的流動，有利于分離結(jié)晶過程的進(jìn)行。
　?。?/p>

3、2）當(dāng)熔體頂部為固壁時，在狹縫處自由表面張力的作用下，會在熔體底部形成一個流胞。軸向磁場可以有效地抑制這個流胞的強(qiáng)度，并且使流胞中心向自由表面遷移，流胞區(qū)域變小。在相同的Ma數(shù)下，磁場對熔體內(nèi)部流動的抑制作用隨著Ha數(shù)的增加而逐漸增強(qiáng)，同時自由表面上溫度分布的非線性隨著Ha數(shù)的增加而逐漸減弱。在相同的Ha數(shù)下，自由表面上的速度和溫度分布的非線性隨著Ma數(shù)的增加而逐漸增強(qiáng)。隨磁場強(qiáng)度的增加，臨界Ma數(shù)增大。
　　（3）當(dāng)熔體頂部為自