液桥内热质耦合对流不稳定性及旋转磁场法控制

摘要：

浮区法因具有无坩埚接触污染的生长优点而成为生长高完整性和高均匀性单晶材料的重要技术.但熔体中存在的毛细对流会给浮区法晶体生长带来极大挑战,这是由于对流的不稳定会导致晶体微观瑕疵的产生和宏观条纹等缺陷的形成.为了提高浮区法生长单晶材料的品质,研究浮区法晶体生长中毛细对流特性及如何控制其不稳定性显得尤为重要.本文采用数值模拟的方法对半浮区液桥内SixGe1?x体系中存在的热质毛细对流展开研究并施加旋转磁场对其进行控制.结果表明:纯溶质毛细对流表现为二维轴对称模式,温度场主要由热扩散作用决定,而浓度场则由对流和溶质扩散共同支配;纯热毛细对流呈现三维稳态非轴对称流动,浓度分布与熔体内热毛细对流的流向密切相关,等温线在对流较大的区域发生弯曲;耦合溶质与热毛细对流则为三维周期性旋转振荡流.施加旋转磁场后,熔体周向速度沿径向向外增大,熔体内浓度场和流场均呈现二维轴对称分布.

关键词：浮区法、毛细对流、表面张力、数值模拟、旋转磁场

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分类号：O363.2;O782+.6

资助基金：国家自然科学基金51276089;江苏省"六大人才高峰"2015-XNY-003 和安徽工业大学青年基金 QZ201517 资助项目

在线出版日期：2017-12-22（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共10页

页码：1280-1289