Форма фронта кристаллизации

Выбором оптимального температурного градиента в районе фронта кристаллизации равного 4—6° С мм, при постоянном увеличении абсолютной величины градиента в сторону кристалла, обеспечивается плоская, либо слегка выпуклая форма фронта кристаллизации, наиболее пригодная для выращивания качественных кристаллов. [c.328]

Однако решение проблемы выращивания монокристаллов больших диаметров за счет последовательного увеличения массы исходной загрузки и размеров используемых кварцевых тиглей на каждом новом этапе увеличения диаметра слитка становится все менее экономически эффективным, т. к. связано с существенным увеличением энергозатрат, удорожанием тиглей и повышением расходов на обеспечение безопасных условий труда. С этой точки зрения особого внимания заслуживает метод вытягивания расплава с непрерывной подпиткой гранулированным или измельченным поликристаллическим кремнием. Основным преимуществом этого метода является возможность выращивать кристаллы большой массы из относительно небольшой и постоянной по объему ванны расплава в тиглях меньшего размера. Есть и другие принципиальные преимущества обеспечение повышения однородности распределения примесей по длине и в поперечном сечении выращиваемого кристалла решается проблема поддерживания постоянной формы фронта кристаллизации и неизменных тепловых условий у границы раздела кристалл -расплав на протяжении практически всего процесса. В настоящее время этот метод доведен до уровня промышленного использования. [c.40]

Методом вакуум-кристаллизации можно более точно определить скорость затвердевания корки слитка, особенно в начальный момент кристаллизации. Этим методом можно оценивать и некоторые другие характеристики склонность стали к переохлаждению, форму фронта кристаллизации, характер дендритной структуры, склонность к образованию пористости и трещин, а также влияние модификаторов на эти характеристики. [c.9]

Методом вакуум-кристаллизации исследовали момент образования зазора между слитком и изложницей, форму фронта кристаллизации, структуру декантированной поверхности слитка, переохлаждение в зоне замороженных кристаллов. Для определения момента образования зазора применяли специальный прибор. [c.75]

ФОРМА ФРОНТА КРИСТАЛЛИЗАЦИИ [c.87]

Рис. 20. Форма фронта кристаллизации трансформаторной стали, кристаллизовавшейся 10 с в медном водоохлаждаемом кристаллизаторе с введением сернистого железа в качестве индикатора (а) и в вакуумированной изложнице после декантирования расплава (б)

Форма ростовых полос в кристалле непосредственно связана с формой фронта кристаллизации. Если фронт мало отличается от плоского, то регулярные полосы в кристалле практически параллельны друг другу по всему сечению кристалла и параллельны плоскости фронта. При сильно выпуклом или вогнутом фронте полосы роста мо- [c.162]

На форму роста кристаллов затвердевающего сплава величина переохлаждения оказывает решающее влияние. Гладкий фронт кристаллизации устойчив при малом термическом переохлаждении расплава перед фронтом кристаллизации. С развитием зоны концентрационного переохлаждения гладкая форма фронта кристаллизации становится неустойчивой, появляются выступы, вершины которых продвигаются через обогащенный примесью слой расплава. Возникает дополнительный диффузионный поток (параллельный фронту), что снижает концентрацию примеси в этих местах и тем самым повышает температуру кристаллизации на вершинах выступов. Все ЭЮ обеспечивает устойчивость системы выступов, образуется ячеистая структура. [c.100]

Успех выращивания монокристаллов в значительной мере определяется двумя взаимно дополняющими друг друга факторами 1) формой фронта кристаллизации и 2) степенью концентрационного переохлаждения, возникающего в расплаве перед поверхностью раздела. [c.206]

Показатели степени и т в этом уравнении определяют форму фронта кристаллизации в плоскости симметрии шва, т] и V — в плоскости поверхности шва и ш и О — в плоскости поперечного сечения шва. Например, на рис. 2 видно, что при изменении значений со и О поперечное сечение фронта кристал-234 [c.234]

Пространственные оси кристаллитов, имеющие место при рассматриваемых выше формах фронтов кристаллизации, могут быть описаны следующими системами уравнений при эллипсоидной форме фронта кристаллизации [c.236]

На рис. 4 в качестве примера приведены результаты расчета осей кристаллитов по уравнениям (3) и (6) применительно к указанным формам фронтов кристаллизации, образующимся при квазистационарном процессе распространения тепла. В левых верхних углах рисунков показан разрез фронта кристаллизации, а также формы изотерм и осей кристаллитов, имеющих место в координатных плоскостях. Из рисунков видно, что при изменении формы фронтов кристаллизации форма осей кристаллитов претерпевает качественные изменения. [c.237]

Рассмотрим изменение скоростей кристаллизации при упомянутых формах фронтов кристаллизации. В работе [9] дана [c.237]

Сварка наклонным электронным пучком. Для сварки металлов большой толщины рекомендуется применять постоянное отклонение электронного пучка в направлении его перемещения по изделию. При этом удается избежать 8-образной формы фронта кристаллизации, улучшить условия дегазации расплавленного металла при сварке в нижнем положении и обеспечить отток жидкости металла из глубины ванны при сварке на подъем. В последнем случае создаются практически одинаковые условия кристаллизации расплава по всей глубине сварочной ванны. Экспериментально установлено, что угол отклонения пучка должен составлять [c.419]

Цементит как ведущая фаза эвтектики несколько опережает фронт кристаллизации аустенитных пластинок (рис. 2, а). Об этом свидетельствует форма фронта кристаллизации, наблюдаемого в закаленных образцах. Отставание аустенитных пластин способствует обогащению жидкости около них примесями. В условиях концентрационного переохлаждения жидкости на кромках аустенитных пластин растут выступы, что приводит к обогащению разделяющей их жидкости углеродом и росту здесь цементита (рис. 2, б). Смыкание соседних стрелок цементита завершает расчленение аустенитной пластины (рис. 2, в). [c.104]

Ультразвук не только влияет на скорость зарождения центров кристаллизации, но и вызывает диспергирование растущих кристаллов, изменяя при этом форму фронта кристаллизации. [c.448]

Влияние ультразвука на форму фронта кристаллизации и коэффициент измельчения органических веществ и металлов [c.451]

Форма фронта кристаллизации [c.451]

Исследование влияния ультразвука на процессы диспергирования и форму фронта кристаллизации в сплавах проводилось на нафталине с добавкой 0,2% вес. азобензола. [c.451]

Рис. 15. Форма фронта кристаллизации сплава нафталина с азобензолом при скорости перемещения нагревателя 1,2 мм мин

Рис. 16. Форма фронта кристаллизации сплава нафталина с азобензолом при введении в расплав ультразвука интенсивностью 35 вт/см и скорости перемещения нагревателя 1,5 мм мин

О. В. Абрамов. Влияние ультразвука на скорость зарождения центров и форму фронта кристаллизации в органических веществах. Сборник докладов Рост и несовершенства металлических кристаллов . Киев, изд. Наукова Думка , [c.513]

Процессы кристаллизации при горизонтальном расположении тигля отличаются от кристаллизации при вертикальном расположении тем, что, во-первых, механическое воздействие тигля на кристалл значительно меньше, и, во-вторых, тем, что фронт кристаллизации может быть доступен наблюдению, что позволяет использовать затравки. Однако управление формой фронта кристаллизации, особенно по вертикали, при горизонтальном расположении тигля значительно труднее, чем в случае вертикального расположения, ввиду асимметрии теплоотвода. [c.224]

Величины радиального и осевого градиентов температуры определяют форму фронта кристаллизации, который может быть выпуклым в жидкую фазу, плоским или вогнутым. Наиболее благоприятным для выращивания монокристаллов с низкой плотностью дефектов является плоский фронт кристаллизации. Поскольку на практике обеспечить его трудно, то выращивание проводят, как правило, при слегка выпуклом в жидкую фа- [c.242]

При значительных и заметно анизотропных термических напряжениях дислокации располагаются в плоскостях скольжения и группируются в малоугловые границы. Большое влияние на возникновение МУГ оказывает форма фронта кристаллизации, которая определяется осевыми и радиальными температурными градиентами при выращивании. При выпуклом в расплав фронте кристаллизации рост грани кристалла происходит чаще всего в результате разрастания одного двумерного зародыша, возникающего в наиболее холодной центральной части грани. При вогнутом в кристалл или плоском фронте кристаллизации рост грани может происходить от нескольких одновременно разрастающихся двумерных зародышей. Таким образом, источниками малоугловых границ являются все те же термические напряжения в кристалле и одновременный рост нескольких центров новой фазы. В монокристаллах со структурой типа [c.243]

Тип первичной микроструктуры сплава зависит от формы роста кристаллов, определяемой видом фронта кристаллизации и характером концентрационного переохлаждения перед этим фронтом. [c.444]

В процессе кристаллизации форма межфазной поверхности фронта кристаллизации может быть плоской (линейный процесс кристаллизации при стыковой сварке стержней), цилиндрической (плоский процесс при сварке пластин встык с полным проплавлением) и пространственной (объемный процесс при наплавке или сварке массивного изделия). [c.447]

Метод горизонтально направленной кристаллизации — метод Багдасарова (рис. 26) — заключается в следующем. В контейнер 4, имеющий форму лодочки, помещают исходное вещество — шихту 3 в виде порошка, кристаллического боя или керамических таблеток. Перемещая контейнер через зону нагрева, создаваемую нагревателем 5, шихту расплавляют и за-кристаллизовывают. Для получения строго ориентированных монокристаллов в вершину лодочки устанавливают затравку и наблюдают как за моментом затравления, так и за формой фронта кристаллизации в процессе выращивания монокристалла. Так как при этом методе высота расплава много меньше среднего радиуса его поверхности, возникают условия эффективного удаления неконтролируемых примесей испарением. Открытая поверхность расплава позволяет вводить активирующую при.месь на любом этапе выращивания монокристалла. [c.56]

Благодаря сочетанию в ИПХТ-М холодной металлической поверхности тигля, периферийного индукционного нагрева и возможности электромагнитного обжатия металла в виде выпуклого мениска эти печи обладают следующими положительными свойствами (см., например, [47]) отсутствие эагрязнения расплава материалом тигля возможность одновременного расплавления всей шихты, загруженной в тигель, и выдержки полученного расплава при заданной температуре в течение необходимого времени наличие интенсивного электромагнитного перемешивания жидкого металла без дополнительных специальных устройств, что позволяет получить расплав, равномерный по химическому составу и температуре возможность плавки любых шихтовых материалов (куски, порошок, чешуйка, губка, стружка и т.п.) без предварительного приготовления из них электродов возможность управления формой фронта кристаллизации и структурой затвердевающего слитка наличие развитой свободной поверхности расплава (за счет электромагнитного отжатия от стенок тигля), что позволяет интенсифицировать рафинировочные процессы возможность электромагнитного утяжеления мелких добавок, что позволяет получать сложнолегированные сплавы с большим содержанием компонентов (до 50% по массе), сильно отличающихся друг от друга температурой плавления, плотностью и упругостью паров возможность работать с любой контролируемой атмосферой при любом давлении и др. [c.54]

Размеры монокристаллических блоков в слитках фосфида галлия определяются, главным образом, тепловыми условиями в зоне роста и зависят от формы фронта кристаллизации. Для выравнивания фронта кристаллизации использован двухвитковый профилированный индуктор с витками различного диаметра. Виток малого диаметра обеспечивает нагрев, необходимый для создания расплавленной зоны. С помощью витка большого диаметра осуществляется дополнительный нагрев графитовой лодочки до такой температуры, что фронт кристаллизации оказывается под индуктором в области сравнительно малых градиентов температуры. [c.46]

Другим важным фактором, влияющим на равномерность фронта кристаллизации, является наличие гидродинамического течения в расплаве. В обычном стальном слитке форма фронта кристаллизации, в связи с переме-шиванкем расплава при разливке, отличается от формы фронта кристаллизации полого слитка, в котором часто возникает граненость. Для выявления формы фронта в сплошном слитке мы применили вместо радиоактивных изотопов сернистое железо, которое в виде порошка в медных ампулах вводили в кристаллизующийся слиток. Момент введения порошка сопровождается резким измельчением структуры стали и позволяет зафиксировать форму фронта кристаллизации затвердевшей периферийной части слитка. На рис. 20, а представлена макроструктура сплошного слитка трансформаторной стали, в который после 10-с кристаллизации ввели сернистое железо. Граница столбчатой зоны сплошного слитка очерчивает фронт кристаллизации, который по сравнению с фронтом кристаллизации полого слитка (рис. 20,6) значительно равномернее граненость отсутствует. Толщина закристаллизовавшейся в течение 10 с периферийной части слитка при разливке сверху существенно больше, что свидетельствует о большей скорости кристаллизации. [c.97]

При выращивании кристалла по Чохральскому могут возникать вращательные полосы иэ-за асимметрии теплового поля в расплаве или несовпадения оси вращения кристалла с осью симметрии теплового поля При неподвижном тигле расстояние между полосами равно отношению скоростей вытягивания (у) и вращения ( ) кристалла и не меняется при постоянных у и ю. Форма полос связана с формой фронта кристаллизации. Полосы исчезают при (0 = 0 [51, 68, 80]. Однако в зтом случае процесс роста становится крайне нестабильным, в кристаллах образуется коленчатый изгиб, приводящий к изменению диаметра. В таких участках возникают сильные механические напряжения, ухудшающие оптическое качество кристалла и приводящие к появлению трещин Кроме того, вытяги вание кристалла без вращения требует очень высокой степени чистоты исходных материалов, необходимости исключения любых температурных флуктуаций и радиальной асимметрии термического градиента в тигле с расплавом Соблюдение перечисленных условий позволило получить бесполосчатые кристаллы НБС максимального диаметра до 10 мм и длиной 50 мм 176] Другой способ устранения полос вращения — повышение скорости вра щения кристалла [81]. Оптимальный подбор ростовых ус ловий позволяет пол5гчить плоский фронт кристаллизации при скоростях вращения 50 — 60 об/мин, а для кристаллов диаметром не более 10 — 12 мм при 120 об/мин. При этом сохраняется стабильность диаметра вытягиваемого кристалла в достаточно широких температурных преде лах (до 10 °С), что связано с наличием жесткой огранки кристалла [c.165]

Стабилизации условий роста, что особенно важно при разращивании кристалла до нужного диаметра, способствует охлаждение газом дна тигля, которое изменяет распределение температур в расплаве [54]. Основной эффект, возникающий на межфазной границе в результате охлаждения дна, заключается в изменении формы фронта кристаллизации с образованием поверхности раздела, обращенной выпуклой стороной к расплаву. Кроме того, при охлаждении дна тигля стабилизируется движение расплава, и конвекция становится более регулярной. Однако эффекты охлаждения основания тигля незначительны по величине, и его целесообразно применять лишь в специфических случаях в условиях малых температурных градиентов и почти плоских поверхностей раздела. [c.208]

Содержание BaNbaOe в центре и на периферии кристалла составляет, по данным авторов работы [32], 66 и 69 мол.% соответственно. На наш взгляд, такая разница в составах может быть обусловлена только различием тепловых условий кристаллизации центра и периферии кристалла, так как диффузией в твердой фазе при охлаждении можно пренебречь. Основной причиной такого явления может служить вогнутая форма фронта кристаллизации вследствие неправильно подобранных градиентов температуры. Выращивание кристаллов большого диаметра также может сопровождаться перегревом расплава в центре вследствие малой теплопроводности кристалла и плохого отвода теплоты кристаллизации от границы раздела фаз. Избавляться от изменения состава по диаметру кристалла и вызываемой этим дополнительной тенденции к растрескиванию можно поддержанием в процессе роста плоского фронта кристаллизации. [c.209]

В случае больших степеней переохлаждения возникающие в чистых металлах кристаллы растут, не имея правильной кристаллографической огранки и приобретают разветвленную, дендритную форму. При кристаллизации сплавов в условиях возникновения концентрационного переохлаждения структура фронта кристаллизации может носить ячеистый или дендритный характер. При дендритном характере кристаллизации в местах стыков ветвей и соприкосновения растущих соседних дендри-тов, т. е. на границах образующихся зерен, как правило, скапливаются всякого рода примеси. В тех местах, где застывали последние участки жидкого металла, т. е. в междуосных пространствах и на границах соседних дендритов, обыкновенно образуются еще микроскопические усадочные раковины, или поры. Эти микроскопические поры и места скопления примеси — нежелательные последствия дендритного характера кристаллизации, так как могут привести к значительному понижению механической прочности металла. Введение ультразвука изменяет степень переохлаждения расплава и форму фронта кристаллизации, что затрудняет развитие дендритной структуры. [c.435]

При кристаллизации тимола во всем исследовавшемся диапазоне скоростей 0,3—1 мм/мин перемещения нагревателя фронт кристаллизации оставался гладким. Введение ультразвука интенсивностью 1—20 вт см (докавитационный режим) не влияло на форму фронта кристаллизации, но несколько меняло распределение температур в расплаве, увеличивая температурный градиент у фронта кристаллизации. При увеличении интенсивности колебаний до 25 втп1см в расплаве возникали кавитационные пузырьки, которые образовывали углубления на фронте кристаллизации,— он становился шероховатым наблюдалось отщепление и вынос кристалликов в объем расплава (рис. 14). С уменьшением скорости кристаллизации и градиента температур в жидкости протяженность зоны отщепленных кристаллов увеличивалась, распределение температур в расплаве изменялось, а структура закристаллизовавшегося тимола становилась более дисперсной. [c.449]

Рис. 14. Форма фронта кристаллизации тимола при скорости роста кристаллов 1 мм1мин

При кристаллизации очищенного тимола, независимо от глубины переохлаждения расплава, скорость роста кристаллов изменялась незначительно, а фронт кристаллизации был гладким. Введение ультразвука интенсивностью 1—20 вт1см при глубине переохлаждения 10, 20 и 30° С не вызывало изменения формы фронта кристаллизации, и лишь незначительно увеличивало градиент температур вблизи фронта и скорость роста кристаллов, зарождения центров кристаллизации также не происходило. Увеличение мощности вызывало возникновение в расплаве кавитационных явлений, порождающих диспергирование фронта кристаллизации при глубине переохлаждения в 10, 20 и 30° С. При переохлаждении в 10° и интенсивности ультразвука 25 вт1см образования центров кристаллизации не наблюдалось. При увеличении глубины переохлаждения до 20° С в расплаве перед фронтом образовывались центры кристаллизации, которые возникали вблизи пульсирующих кавитационных пузырьков. С увеличением переохлаждения количество центров увеличивалось. [c.456]

После выхода на диаметр температурные условия выращивания кристалла стабилизируют с целью получения монокристаллического слитка высокого структурного соверщенства. Ведущая роль на данном этапе принадлежит тепловым условиям процесса, так как они определяют градиенты температуры в кристалле и расплаве, от которых, в свою очередь, зависят форма фронта кристаллизации, скорость роста кристалла, диаметр, структурное соверщенство и, в конечном счете, электрофизические параметры выращиваемого кристалла. [c.229]

Рис. 6.8. Влияние формы фронта кристаллизации на структуру твердой фазы, образующейся при кристаллизации расплава без затравки а — плоский б — вогнутый в кристалл фронт в — выпуклый в расплав фронт кристаллизации (1 — контейнер 2 — твердая фаза 3 — нагреватель 4 — фронт кристаллизации 5 — расплав 6 — случайные кристаллические зародыщи 7 — дополнительный нагреватель 8 — благоприятно ориентированный кристалл Q — тепло, вьщеляющееся на фронте кристаллизации).

Искривление фронта кристаллизации также оказывает значительное влияние на распределение примеси в кристалле. Изменение формы фронта кристаллизации может вызвать колебания скорости роста кристалла V, что приведет к возникновению в слитке примесных полос, воспроизводящих в каждый момент роста форму фронта кристаллизации. В этом случае распределение примесей в продольном сечении кристалла представляет собой полосы, воспроизводящие последовательные положения фронта кристаллизации, а в поперечном сечении монокристалла — полосы в виде колец, спиралей или фигур кольцеобразной формы. На поверхности растущего кристалла слоистая неоднородность проявляется в виде рельефных углублений (типа винтовой нарезки у кристаллов, выращенных методами Чохральского или вертикальной зонной плавки, или пилообразных выступов у кристаллов, полученных методами горизонтальной зонной плавки или Бриджмена). Например, в методе Чохральского нару-щение симметрии теплового поля вокруг растущего кристалла приводит к наклону фронта кристаллизации относительно поверхности расплава (рис. 6.и). В этом случае различные участки фронта кристаллизации вращающегося кристалла периодически проходят через области расплава в тигле с более высокой и более низкой температурами. В первом случае скорость роста замедляется (иногда части кристалла даже частично сплавляются), а во втором — ускоряется, то есть кристалл имеет флук- [c.246]

Так как дендриты образуются при выращивании кристаллов с большими скоростями, то для выращивания бездендритных кристаллов необходимо выбирать такие скорости роста, которые обеспечивают достаточный теплоотвод через расту ший кристалл. Для выращивания совершенных кристаллов на фронте кристаллизации стремятся к равновесному состоянию. Тем не менее, как указывается в [21], даже кристаллы кубической формы, например серебра, меди, золота, которые уже в силу симметрии своей структуры должны развиваться одинаково по трем взаимно перпендикулярным направлениям, могут образовываться в форме дендритов. В [21] факты неодинакового роста объясняются тем, что в протекающих во времени процессах осуществляется сразу две до определенной степени противоположные тенденции стремление к минимуму свободной энергии и стремление к наибольщей быстроте завершения процесса. Кристалл может достичь минимума поверхностной энергии только в условиях равновесия, то есть при бесконечно медленном росте, а наибольшей быстроты образования - при бесконечно развитой поверхности. В реальных условиях всегда наблюдаются ко.мпро.миссные формы, иногда приближающиеся к ограненным равновесным, иногда - к ветвистым неравновесным. [c.51]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...