勾形磁場下分離結(jié)晶過程中熔體內(nèi)部對流的三維數(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),尤其在生長對熱應(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法的范疇,當(dāng)自由表面存在溫度梯度時,由表面張力梯度引起的熔體內(nèi)部熱毛細(xì)對流會增加分離結(jié)晶的難度,致使生長的晶體質(zhì)量下降。在地面條件下,浮力對流使熔體流動更加復(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的方法削弱熔體內(nèi)部的流動,從而為分離結(jié)晶法生長晶體提供理論指導(dǎo)。
　　本文重點(diǎn)研究勾形磁場作用下分離結(jié)晶過程中熔體內(nèi)部的流動,采用三維數(shù)值模擬的手段計(jì)算分析勾形磁場對熔體內(nèi)部流場和溫度場的影響。同時,研究了狹縫寬度對熔體內(nèi)部流動的影響。最后,分析對比了勾形磁場、軸向磁場以及兩者的復(fù)合磁場對熔體對流的抑制效果。
　　研究結(jié)果表明:
　　1)微重力條件下,施加勾形磁場可以抑制熔體內(nèi)部的熱毛細(xì)對流

3、,隨著磁場強(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)-浮力對流隨著勾形磁場的磁場強(qiáng)度增大而減弱,上下自由表面的速度逐漸減小。相同磁場強(qiáng)度和溫差條件下,常重力條件下熔體內(nèi)部的流動較微重力條件下有所減弱。熔體流動失穩(wěn)的臨界Ma數(shù)也隨著磁場的增強(qiáng)而增大。
　　3)隨著狹縫寬度S的增大,熔體