定向凝固及单晶制备技术ppt课件.ppt

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1、第4章定向凝固中的温度场和溶质场4.1定向凝固中的溶质场和温度场方程中左边为控制单元体的溶质变化，右边第一项和第二项为从x0位置处传入的溶质和从x0+x传出的溶质，其中J(x0,)为位置为x0，时刻的溶质流量密度，而第三项为单元体中存在源或黑洞产生或消耗溶质的部分。x0

2、似：解的形式为：边界及初始条件为：z=0,AS=T0z=s,一维定向凝固铸件中的温度场解析不同凝固条件下的溶质分凝溶质保守系统的一维定向凝固过程(a)和非溶质保守系统的区熔过程(b)（a)平衡凝固的情况（Equilibriumfreezing）凝固足够慢，液相和固相都能充分扩散，没有成分梯度存在于固相和液相中。根据溶质守恒有：CSfS+CL(1-fS)=C0CS[fS+(1-fS)/k0]=C0CS=C0k0/(1+(k0-1)fS)方程中CS为凝固的固相成分，C0为原始液相成分，k0为平衡溶质分布系数

3、，fs为已凝固的固相分数，因此只要知道C0、k0就可以计算不同凝固位置fs下的成分Cs。(b)液相完全混合的情况(Completemixing)(c)液相中没有混合的情况（Nomixing）界面处排出的成分只能通过液相扩散进行，而固相中无溶质扩散，则溶质达到稳态分布的情况z’=z+Vt边界条件：z=0，CL(0)=CS/k0；z=，CL()=C0液相中没有混合的情况（Nomixing）对流对溶质分凝的影响边界条件：[CL(0)-CS]V+D[dCL(z)/dz]z=0=0，z=0；CL()=C0

4、,z=；部分混合的情况(Partialmixing)图6-11TiO2晶体中SiO2溶质在界面上的分布初始过渡区到稳态过程中的溶质分凝速度改变时液相溶质梯度的变化以及溶质非稳态的演化过程(V2>V1)(a)k0=0.5，(b)k0=0.1，(c)k0=0.01(a)宏观状态(b)外部(c)内部图6-21(110)单晶Si面中掺杂Al溶质造成的宏观和微观生长条纹B为籽晶旋转而A为籽晶不旋转的情况非溶质保守系统图6-30不同的非溶质保守系统工艺图6-31非溶质保守系统中溶质分布溶质分布（分配）系数1、平衡

5、溶质分布系数(k0)有效溶质分布系数(ke)硅单晶中不同溶质的平衡溶质分布系数界面溶质分布系数(ki)修正的溶质分布系数(k*)图6-41平衡溶质分布系数与修正溶质分布系数之间的关系