硅单晶Czochralski法生长全局数值模拟II．质量传递特性

使用有限元方法对炉内的质量传递过程进行了全局数值模拟，研究了硅单晶Czochralski(Cz)法生长时氧传输的基本特性．结果表明：在小型硅Cz炉中，晶体中的氧浓度主要取决于熔体的流型和气相传质速率；安装在热区的气体导板可有效强化气相传质系数并改变熔体的流型，Marangoni效应可将自由界面处低氧浓度的熔体带至结晶界面，使晶体中氧浓度降低．     

硅单晶Czochralski法生长全局数值模拟Ⅰ.传热与流动特性

利用有限元方法对炉内的动量和热量传递过程进行了全局数值模拟,研究了硅单晶Czochral-ski(Cz)法生长时的总体传热和流动特性.假定熔体和气相中的流动都为准稳态轴对称层流,熔体为不可压缩流体,Cz炉外壁温度维持恒定,模拟结果表明:熔体流型及炉内传热特性与Marangoni效应密切相关,设置在晶体和坩埚间的气体导板能降低加热器的功率并改变熔体流型.     

硅单晶Czochralski法生长全局数值模拟I．传热与流动特性

利用有限元方法对炉内的动量和热量传递过程进行了全局数值模拟，研究了硅单晶Czochral—ski(Cz)法生长时的总体传热和流动特性假定熔体和气相中的流动都为准稳态轴对称层流，熔体为不可压缩流体，Cz炉外壁温度维持恒定，模拟结果表明：熔体流型及炉内传热特性与Marangoni效应密切相关，设置在晶体和坩埚间的气体导板能降低加热器的功率并改变熔体流型．     

硅单晶Czochralski法生长全局数值模拟Ⅱ.质量传递特性

使用有限元方法对炉内的质量传递过程进行了全局数值模拟,研究了硅单晶Czochralski(Cz)法生长时氧传输的基本特性.结果表明:在小型硅Cz炉中,晶体中的氧浓度主要取决于熔体的流型和气相传质速率;安装在热区的气体导板可有效强化气相传质系数并改变熔体的流型,Marangoni效应可将自由界面处低氧浓度的熔体带至结晶界面,使晶体中氧浓度降低.     

表面张力温度系数对硅单晶生长的影响

利用有限元方法对硅单晶Czochralski(Cz)法生长炉内的流动和传输过程进行了全局数值模拟,研究了表面张力温度系数对硅单晶生长过程的影响,模拟的表面张力温度系数范围是(0～0.35)×10-3N/m·K.结果表明:随着表面张力温度系数的增加,由Marangoni效应驱动的熔体表面流动能强化熔体的自然对流,从而减小了通过熔体自由界面的温差,降低了加热器的功率.但是,结晶界面更凸向熔体,在结晶界面处晶体内的轴向温度梯度减小;对常规Cz炉,结晶界面处的平均氧浓度先减小然后增大,而对于具有气体导板的Cz炉,Marangoni效应总是使结晶界面处的平均氧浓度减小.     

轴向磁场对铌酸锂半波电压的影响

提出了平行与铌酸锂波导方向的轴向磁场对其半波电压产生影响的机理:加在电极上的电场对其中传播的偏振光产生线双折射,而磁场产生圆双折射,两者作用的结果是使得半波电压随磁场而变化。由此导出了半波电压随外界磁场变化的数学模型。仿真和实验结果表明,对于平均波长为1.30μm,20T的磁场,铌酸锂的半波电压可以减小了2.13%。     

磁场直拉硅单晶生长技术的研究现状与发展

当前,硅材料在半导体领域和太阳能领域仍然占据着主要地位。随着科技的发展和技术的进步,集成电路和太阳能电池生产工艺都对硅材料提出了新的要求,大直径、高质量硅单晶的生长技术成为当前半导体材料领域和太阳能领域的研发热点。如果硅单晶直径增大,那么投料量必将加大,坩埚直径和热场尺寸也相应增大,必将导致熔体中热对流加剧。     

凹槽结构对 PET 瓶轴向承载性能的影响

以一典型PET瓶为研究对象,建立了其结构模型,利用ANSYS加载垂直载荷时,基于屈曲分析得到了PET瓶的理论轴向压溃载荷和临界点的变形。试验测定了该PET瓶的轴向压溃载荷,进行了理论与试验比较。结果表明,理论值与试验结果误差小,验证了理论分析的有效性。利用ANSYS分析进一步研究了不同环状结构、不同尺寸和不同分布等对瓶轴向承载能力的影响,并分析了其变形特点。     

轴向预紧力对变压器绕组振动特性的影响

研究不同预紧力下变压器绕组的振动特性,对所研究的220kN变压器的高低压绕组线圈通过振动实验和基于ANSYS的有限元分析两种不同方法来找出预紧力与变压器绕组振动的关系.     

轴向磁场下分离结晶熔体内热毛细对流的数值模拟

为研究轴向磁场对分离结晶Bridgman法生长CdZnTe晶体熔体热毛细对流的影响,采用有限差分法进行了三维数值模拟。结果表明轴向磁场能有效抑制熔体内的热毛细对流;轴向磁场对熔体内部温度分布也有较大的影响,能使等温线分布变得平缓;当磁场强度不变时,随着狭缝宽度的增大熔体内部的流动减弱。     

用相场方法模拟Fe-C合金枝晶生长

采用相场法模拟了Fe-0.5%C合金等温凝固过程中单个枝晶和多个枝晶的生长,研究了过冷度、各向异性、界面厚度、晶体取向以及扰动对枝晶形貌的影响,获得了具有二次分枝的枝晶形貌,再现了枝晶生长过程及枝晶臂之间的竞争生长.模拟结果表明:凝固过程中存在溶质富集和枝晶偏析,枝晶主干溶质浓度最低,枝晶臂之间的液相浓度最高.随着过冷度的增大,枝晶生长加快且分枝发达;界面厚度直接影响枝晶的生长速度;各向异性影响枝晶的形态;晶体取向与坐标轴方向一致时枝晶优先生长;扰动的加入导致枝晶分枝的形成.     

Simulation of dendrite growth of Fe–C alloy using phase field method

采用相场法模拟了Fe--0.5%C合金等温凝固过程中单个枝晶和多个枝晶的生长, 研究了过冷度、各向异性、界面厚度、晶体取向以及扰动对枝晶形貌的影响, 获得了具有二次分枝的枝晶形貌, 再现了枝晶生长过程及枝晶臂之间的竞争生长. 模拟结果表明: 凝固过程中存在溶质富集和枝晶偏析, 枝晶主干溶质浓度最低, 枝晶臂之间的液相浓度最高. 随着过冷度的增大, 枝晶生长加快且分枝发达; 界面厚度直接影响枝晶的生长速度; 各向异性影响枝晶的形态; 晶体取向与坐标轴方向一致时枝晶优先生长;扰动的加入导致枝晶分枝的形成.     

垂直布里奇曼法CdZnTe晶体生长过程的数值分析

模拟计算了半导体材料CdZnTe布里奇曼法单晶体生长过程，分析了熔体的过热温度、坩埚侧面强化换热以及坩埚加速旋转(ACRT)等因素对结晶界面的形态和晶体组分偏析的影响。结果表明：当熔体的过热温度减小时，熔体中自然对流的强度显著降低，固液界面的凹陷深度有所增加，晶体的轴向等浓度区显著加长，而晶体组分的径向偏析明显增大，坩埚的侧面强化换热增加了自然对流强度，也增大了固液界面的凹陷，但是对溶质成分的偏析影响较小，坩埚加速旋转引起的强迫对流强度远大于自然对流，显著增大了固液界面的凹陷，使熔体中的溶质分布成为均一的浓度场，显著减小了晶体组分的径向偏析，增加了晶体组分的轴向偏析。     

垂直磁场对锗熔体磁粘度的影响

采用旋转转子法，测量研究了不同垂直磁场条件下，不同温度时锗熔体的磁粘度。结果表明，随着磁场强度的增加，锗熔体的粘度降低了，而且粘度的降低和磁场强度不呈单调关系。用“磁场直拉硅原理的微观解释”，可以较好地解释垂直磁场中锗熔体粘度的降低现象。     

振动场作用下聚合物的新型动态塑化熔融模型

将振动场引入聚合物塑化挤出的全过程,建立了振动挤出机的聚合物动态解析熔融模型．振动场的引入使挤出机的熔融塑化能力得到了很大的提高,熔融段的长度随着振动频率和振幅的增大而减少．在该模型中,随着熔融过程的进行,熔体的厚度缓慢增加,而固体床缓慢减少,直到聚合物熔体填满整个螺槽横截面;在稳定情况下,熔融段的长度不变,聚合物颗粒进入料筒的速度与挤出机的熔融速度以及产量相等．但是,当熔融段的长度达到某一稳定值后,再增大振幅或频率,熔融段的长度不再发生明显的变化．用该模型能很好地预测振动挤出机的成型参数,得到优化条件．将计算值与实验值比较验证了各振动参数（振幅和频率）对振动挤出机塑化熔融能力的影响．     

薄膜生长的计算机模拟

建立了一个比较合理的三维模型,并通过模拟成像和定量计算研究了薄膜生长过程中的两个重要问题,早期成核与表面粗糙度.结果表明,薄膜的长生过程是原子吸附、迁移、脱附、连带等微观过程的积累.随着衬底温度的升高或入射率的降低,沉积在衬底上的原子逐步由各自独立的离散型分布向聚集状态转变形成岛核,并由二维岛核向三维岛核转变.衬底温度越高、入射率越低,成核尺寸越大.存在一个最佳成核温度,成核率出现一个极大值.随着衬底温度的升高,薄膜的粗糙度先降低后来又增加.存在一个生长转变温度Tr,薄膜的粗糙度达到极小值.当衬底温度小于Tr时,入射率越大,薄膜的粗糙度越大.当衬底温度大于Tr时,入射率越大,粗糙度越小.薄膜生长的主要微观机理是原子热运动对薄膜生长的影响.     

Effects of a high-gradient magnetic field on the migratory behavior of primary crystal silicon in hypereutectic Al–Si alloy

The migration of primary Si grains during the solidification of Al–18 wt%Si alloy under a high-gradient magnetic field has been investigated experimentally. It was found that under a gradient magnetic field, the primary Si grains migrated toward one end of the specimen, forming a Si-rich layer, and the thickness of the Si-rich layer increased with increasing magnetic flux density. No movement of Si grains was apparent under a magnetic field below 2.3 T. For magnetic fields above 6.6 T, however, the thickness of the Si-rich layer was almost constant. It was shown that the static field also played a role in impeding the movement of the grains. The primary Si grains were refined in the Si layer, even though the primary silicon grains were very dense. The effect of the magnetic flux density on the migratory behavior is discussed.