ባለ ቀዳዳ ግራፋይት በሲሊኮን ካርቦዳይድ ክሪስታል እድገት ላይ የሚያሳድረው ተጽዕኖ ላይ የቁጥር የማስመሰል ጥናት

መሠረታዊ ሂደትሲሲክሪስታል እድገት በከፍተኛ ሙቀት ውስጥ ጥሬ ዕቃዎችን ወደ sublimation እና መበስበስ, የጋዝ ደረጃ ንጥረ ነገሮችን በሙቀት ቅልጥፍና ስር ማጓጓዝ እና በዘር ክሪስታል ላይ የጋዝ ደረጃ ንጥረ ነገሮችን እንደገና መጨመር. በዚህ መሠረት የከርሰ ምድር ውስጠኛ ክፍል በሶስት ክፍሎች የተከፈለ ነው-ጥሬ እቃ, የእድገት ክፍል እና የዘር ክሪስታል. በእውነተኛው ተከላካይ ላይ ተመስርቶ የቁጥር አስመሳይ ሞዴል ተስሏልሲሲነጠላ ክሪስታል የእድገት መሳሪያዎች (ስእል 1 ይመልከቱ). በስሌቱ ውስጥ: የታችክሩክብልከጎን ማሞቂያው ግርጌ 90 ሚ.ሜ ርቀት ላይ ይገኛል, የኩሬው የላይኛው ሙቀት 2100 ℃ ነው, ጥሬ እቃው ቅንጣቢው ዲያሜትር 1000 μm ነው, ፖታሲየም 0.6 ነው, የእድገት ግፊቱ 300 ፒኤ, እና የእድገት ጊዜ 100 ሰአት ነው. . የፒጂው ውፍረት 5 ሚሜ ነው, ዲያሜትሩ ከኩሬው ውስጠኛው ዲያሜትር ጋር እኩል ነው, እና ከጥሬው 30 ሚሊ ሜትር በላይ ይገኛል. የጥሬ ዕቃው ዞን የሰብላይዜሽን፣ የካርቦንዳይዜሽን እና የዳግም መለቀቅ ሂደቶች በሒሳብ ውስጥ ይወሰዳሉ፣ እና በፒጂ እና በጋዝ ደረጃ ንጥረ ነገሮች መካከል ያለው ምላሽ ግምት ውስጥ አይገባም። ከስሌቱ ጋር የተገናኙት የአካላዊ ንብረት መለኪያዎች በሰንጠረዥ 1 ውስጥ ይታያሉ።

ምስል 1 የማስመሰል ስሌት ሞዴል. (ሀ) የሙቀት መስክ ሞዴል ለ ክሪስታል እድገት ማስመሰል; (ለ) የከርሰ ምድር ውስጣዊ አከባቢ ክፍፍል እና ተዛማጅ የአካል ችግሮች

ሠንጠረዥ 1 በስሌቱ ውስጥ ጥቅም ላይ የዋሉ አንዳንድ አካላዊ መለኪያዎች

ምስል 2 (ሀ) የፒጂ-የያዘው መዋቅር የሙቀት መጠን (እንደ መዋቅር 1) ከ PG-ነጻ መዋቅር (እንደ መዋቅር 0) ከ PG በታች እና ከ PG በላይ ካለው መዋቅር 0 ያነሰ መሆኑን ያሳያል። የአጠቃላይ የሙቀት መጠን መጨመር ይጨምራል, እና PG እንደ ሙቀት-መከላከያ ወኪል ይሠራል. በሥዕሎች 2 (ለ) እና 2 (ሐ) መሠረት በጥሬ ዕቃው ዞን ውስጥ ያለው መዋቅር 1 የአክሲያል እና ራዲያል የሙቀት ደረጃዎች ያነሱ ናቸው ፣ የሙቀት ስርጭቱ የበለጠ ተመሳሳይ ነው ፣ እና የቁሳቁሱ ንዑስነት የበለጠ የተሟላ ነው። ከጥሬ ዕቃው ዞን በተለየ ምስል 2(ሐ) እንደሚያሳየው በዘር ክሪስታል መዋቅር 1 ላይ ያለው የጨረር የሙቀት መጠን መጨመር ትልቅ ነው ፣ ይህም በተለያዩ የሙቀት ማስተላለፊያ ዘዴዎች ምክንያት ሊከሰት ይችላል ፣ ይህም ክሪስታል ከኮንቪክስ በይነገጽ ጋር እንዲያድግ ይረዳል ። . በስእል 2 (መ) በክረምቱ ውስጥ በተለያየ ቦታ ላይ ያለው የሙቀት መጠን እድገቱ እየጨመረ ሲሄድ እየጨመረ የሚሄድ አዝማሚያ ያሳያል, ነገር ግን በ 0 እና መዋቅር 1 መካከል ያለው የሙቀት ልዩነት በጥሬ እቃው ዞን ውስጥ ቀስ በቀስ እየቀነሰ እና በእድገት ክፍል ውስጥ ቀስ በቀስ ይጨምራል.

ምስል 2 የሙቀት ስርጭት እና በክርክሩ ውስጥ ለውጦች. (ሀ) በመዋቅር 0 (በግራ) እና በመዋቅር 1 (በስተቀኝ) በ 0 ሰ, አሃድ ውስጥ ባለው መስቀያ ውስጥ የሙቀት ስርጭት: ℃; (ለ) መዋቅር 0 እና መዋቅር 1 ክሩክብል መሃል መስመር ላይ ያለውን ሙቀት ስርጭት ጥሬ ዕቃዎች ግርጌ ወደ ዘር ክሪስታል በ 0 ሰ; (ሐ) በዘር ክሪስታል ገጽ (A) እና በጥሬው (B), መካከለኛ (C) እና ከታች (D) በ 0 ሰ ላይ ከመሃሉ እስከ ክሩዝ ጫፍ ድረስ ያለው የሙቀት ስርጭት, አግድም ዘንግ r ነው. የዘር ክሪስታል ራዲየስ ለ A, እና ጥሬ እቃው አካባቢ ራዲየስ ለ B ~ D; (መ) በላይኛው ክፍል (ሀ) መሃል ላይ የሙቀት ለውጥ ፣ የጥሬ ዕቃ ወለል (ቢ) እና የመዋቅር 0 የእድገት ክፍል መካከለኛ (ሐ) እና መዋቅር 1 በ 0 ፣ 30 ፣ 60 እና 100 ሰዓታት።

ምስል 3 በተለያየ ጊዜ የቁሳቁስ ማጓጓዣን ያሳያል መዋቅር 0 እና መዋቅር 1. በጥሬ ዕቃው ውስጥ ያለው የጋዝ ደረጃ የቁሳቁስ ፍሰት መጠን እና የእድገት ክፍሉ ከቦታው መጨመር ጋር ይጨምራል, እና እድገቱ እየገፋ ሲሄድ የእቃ ማጓጓዣው ይዳከማል. . ስእል 3 በተጨማሪም በማስመሰል ሁኔታዎች ውስጥ ጥሬ እቃው በመጀመሪያ በግራፊያው የጎን ግድግዳ ላይ እና ከዚያም በግርጌው ላይ በግራፍ ይሠራል. በተጨማሪም, በጥሬው ላይ ሪክሪስታላይዜሽን አለ እና እድገቱ እየገፋ ሲሄድ ቀስ በቀስ ወፍራም ይሆናል. ምስል 4 (ሀ) እና 4 (ለ) በጥሬው ውስጥ ያለው የቁሳቁስ ፍሰት እድገቱ እየቀነሰ ሲሄድ እና በ 100 ሰአታት ውስጥ ያለው የቁሳቁስ ፍሰት መጠን ከመጀመሪያው ጊዜ 50% ገደማ ነው; ይሁን እንጂ በጥሬው ግራፊኬሽን ምክንያት የፍሰቱ መጠን በዳርቻው ላይ በአንጻራዊነት ትልቅ ነው, እና በጠርዙ ላይ ያለው ፍሰት መጠን በመካከለኛው አካባቢ በ 100 ሰዓታት ውስጥ ከ 10 እጥፍ በላይ ነው. በተጨማሪም የፒጂ (PG) ተፅእኖ በመዋቅር 1 ውስጥ ያለው የቁሳቁስ ፍሰት መጠን በጥሬ እቃው ውስጥ ካለው መዋቅር 1 ያነሰ ያደርገዋል። የእድገት ክፍሉ ቀስ በቀስ እየዳከመ እድገቱ እየገፋ ሲሄድ እና ጥሬ እቃው ውስጥ ያለው የቁሳቁስ ፍሰት እየቀነሰ ይሄዳል, ይህም የሚከሰተው በአየር መንገዱ ጠርዝ ላይ ባለው የአየር ፍሰት ቦይ በመከፈቱ እና በላይኛው ላይ የ recrystalization መዘጋት ምክንያት ነው; በእድገት ክፍል ውስጥ የቁሳቁስ ፍሰት መጠን 0 በመጀመሪያዎቹ 30 ሰአታት ወደ 16% በፍጥነት ይቀንሳል, እና በሚቀጥለው ጊዜ በ 3% ብቻ ይቀንሳል, መዋቅር 1 በእድገቱ ሂደት ውስጥ በአንጻራዊነት የተረጋጋ ሆኖ ይቆያል. ስለዚህ, PG በእድገት ክፍል ውስጥ ያለውን የቁሳቁስ ፍሰት መጠን ለማረጋጋት ይረዳል. ምስል 4(መ) የቁሳቁስ ፍሰት መጠንን በክሪስታል እድገት ፊት ያወዳድራል። በመነሻ ቅፅበት እና በ 100 ሰአታት ውስጥ በእድገት ዞን ውስጥ ያለው የቁሳቁስ መጓጓዣ በ 1 መዋቅር ውስጥ ካለው የበለጠ ጠንካራ ነው, ነገር ግን ሁልጊዜም በ 0 ጠርዝ ላይ ከፍተኛ ፍሰት መጠን ያለው ቦታ አለ, ይህም በዳርቻው ላይ ከመጠን በላይ እድገትን ያመጣል. . በመዋቅር 1 ውስጥ የፒጂ መኖር ይህንን ክስተት በተሳካ ሁኔታ ያስወግዳል።

ምስል 3 በክርክሩ ውስጥ ያለው የቁሳቁስ ፍሰት. ዥረቶች (ግራ) እና የፍጥነት ቬክተር (በስተቀኝ) በ 0 እና 1 መዋቅሮች ውስጥ የጋዝ ቁሳቁስ መጓጓዣ በተለያየ ጊዜ, የፍጥነት ቬክተር አሃድ: m/s

ምስል 4 የቁሳቁስ ፍሰት መጠን ለውጦች. (ሀ) መዋቅር 0 በ 0, 30, 60, እና 100 ሸ መካከል ጥሬ ዕቃዎች መካከል ያለውን ቁሳዊ ፍሰት መጠን ስርጭት ላይ ለውጦች, r ጥሬ ዕቃዎች አካባቢ ራዲየስ ነው; (ለ) በ 1 በ 0, 30, 60 እና 100 h, r ጥሬ እቃው አካባቢ ራዲየስ በጥሬው መዋቅር መካከል ባለው የቁሳቁስ ፍሰት መጠን ስርጭት ላይ የተደረጉ ለውጦች; (ሐ) በእድገት ክፍል (A, B) እና በጥሬ ዕቃው (C, D) ውስጥ የቁሳቁስ ፍሰት መጠን በጊዜ ሂደት 0 እና 1 ለውጦች; (መ) የቁሳቁስ ፍሰት መጠን ስርጭት ከዘር ክሪስታል ወለል አጠገብ 0 እና 1 በ 0 እና 100 ሰ, r የዘር ክሪስታል ራዲየስ ነው.

ሲ/ሲ የሲሲ ክሪስታል እድገትን የክሪስታል መረጋጋት እና ጉድለት ይጎዳል። ምስል 5(ሀ) የሁለቱን መዋቅሮች የC/Si ሬሾ ስርጭት በመነሻ ቅፅበት ያወዳድራል። የ C / Si ሬሾ ቀስ በቀስ ከታች ወደ ክሩብል ጫፍ ይቀንሳል, እና የ C / Si ውቅር 1 በተለያየ አቀማመጥ ላይ ካለው መዋቅር 0 ሁልጊዜ ከፍ ያለ ነው. ምስል 5 (ለ) እና 5 (ሐ) የ C / Si ሬሾ ቀስ በቀስ በእድገት እየጨመረ ይሄዳል, ይህም በኋለኛው የእድገት ደረጃ ውስጥ የውስጥ ሙቀት መጨመር, የጥሬ ዕቃ ግራፊቲሽን መጨመር እና የ Si ምላሽ ጋር የተያያዘ ነው. በጋዝ ክፍል ውስጥ ያሉ ክፍሎች ከግራፋይት ክሬዲት ጋር. በስእል 5(መ) የC/Si ሬሾ 0 እና መዋቅር 1 ከPG (0፣ 25 ሚሜ) በታች በጣም የተለያዩ ናቸው፣ ነገር ግን ከPG (50 ሚሜ) በላይ ትንሽ ለየት ያሉ ናቸው፣ እና ልዩነቱ ወደ ክሪስታል ሲቃረብ ቀስ በቀስ ይጨምራል። . በአጠቃላይ የC/Si ሬሾ አወቃቀር 1 ከፍ ያለ ነው፣ ይህም ክሪስታል ቅርፅን ለማረጋጋት እና የደረጃ ሽግግር እድልን ለመቀነስ ይረዳል።

ምስል 5 የ C / Si ጥምርታ ስርጭት እና ለውጦች. (a) የ C / Si ጥምርታ በ 0 (በግራ) እና በመዋቅር 1 (በስተቀኝ) በ 0 h ውስጥ በክሩክሎች ውስጥ ማከፋፈል; (ለ) C / Si ሬሾ በተለያዩ ጊዜያት 0 መዋቅር crucible ማዕከላዊ መስመር በተለያዩ ርቀት ላይ (0, 30, 60, 100 ሸ); (ሐ) የ C / Si ሬሾ በተለያዩ ርቀቶች 1 መዋቅር crucible ማዕከላዊ መስመር በተለያዩ ጊዜያት (0, 30, 60, 100 ሸ); (መ) የC/Si ሬሾን በተለያዩ ርቀቶች (0፣ 25፣ 50፣ 75፣ 100 ሚሜ) ከማዕከላዊው የመስቀለኛ መስመር መስመር 0 (ጠንካራ መስመር) እና መዋቅር 1 (የተሰበረ መስመር) በተለያዩ ጊዜያት ማወዳደር (0, 30, 60, 100 ሰ).

ስእል 6 የሁለቱም መዋቅሮች የንጥል ዲያሜትር እና የጥሬ እቃ ክልሎች ለውጦችን ያሳያል. ስዕሉ እንደሚያሳየው ጥሬ እቃው ዲያሜትር እየቀነሰ እና በግድግዳው ግድግዳ አጠገብ ያለው ብስባሽነት እየጨመረ ይሄዳል, እና የጠርዝ porosity እየጨመረ ይሄዳል እና እድገቱ እየገፋ ሲሄድ የንጥል ዲያሜትር እየቀነሰ ይሄዳል. ከፍተኛው የጠርዝ porosity በ 0.99 በ 100 ሰአት ነው, እና ዝቅተኛው የንጥል ዲያሜትር 300 ማይክሮን ነው. የ ቅንጣት ዲያሜትር ይጨምራል እና porosity ጥሬ ዕቃው ላይኛው ወለል ላይ, recrystalization ጋር የሚጎዳኝ, ይቀንሳል. የድጋሚ ክሪስታላይዜሽን አካባቢ ውፍረት እየጨመረ በሄደ ቁጥር እድገቱ እየጨመረ ይሄዳል, እና የንጥሉ መጠን እና ፖሮሲስ መቀየር ይቀጥላሉ. ከፍተኛው የንጥል ዲያሜትር ከ 1500 μm በላይ ይደርሳል, እና ዝቅተኛው ፖሮሲስ 0.13 ነው. በተጨማሪም PG የጥሬ ዕቃውን የሙቀት መጠን ስለሚጨምር እና የጋዝ ሱፐርሰቱሬሽን ትንሽ ስለሆነ የ 1 መዋቅር ጥሬ እቃ የላይኛው ክፍል recrystallization ውፍረት ትንሽ ነው, ይህም የጥሬ ዕቃ አጠቃቀምን መጠን ያሻሽላል.

ምስል 6 የጥሬ ዕቃው አካባቢ ቅንጣት ዲያሜትር (ግራ) እና porosity (በስተቀኝ) ላይ ለውጥ እና መዋቅር 1 በተለያዩ ጊዜያት, ቅንጣት ዲያሜትር አሃድ: μm

ምስል 7 እንደሚያሳየው በእድገቱ መጀመሪያ ላይ መዋቅር 0 ዋርፕስ, ይህም በጥሬ እቃው ጠርዝ ግራፊኬሽን ምክንያት ከሚፈጠረው ከመጠን በላይ የቁስ ፍሰት መጠን ጋር የተያያዘ ሊሆን ይችላል. በስእል 4 (መ) መዋቅር 0 ያለውን ክሪስታል እድገት ፊት ለፊት ላይ ቁሳዊ ፍሰት መጠን ላይ ያለውን ለውጥ ጋር የሚዛመድ, በሚቀጥለው እድገት ሂደት ወቅት warping ያለውን ደረጃ ተዳክሟል. በመዋቅር 1 ውስጥ, በፒጂ ተጽእኖ ምክንያት, የክሪስታል በይነገጽ መጨናነቅን አያሳይም. በተጨማሪም ፒጂ በተጨማሪም የመዋቅር እድገትን 1 ከመዋቅር በእጅጉ ያነሰ ያደርገዋል።

ምስል 7 የመዋቅር 0 የበይነገጽ ለውጦች እና 1 ክሪስታሎች በ30፣ 60 እና 100 ሰአታት

ክሪስታል እድገት በቁጥር ማስመሰል ሂደት ሁኔታዎች ውስጥ ተካሂዷል. በመዋቅር 0 እና በመዋቅር 1 የሚበቅሉት ክሪስታሎች በስእል 8 (ሀ) እና ምስል 8 (ለ) በቅደም ተከተል ይታያሉ። የአወቃቀሩ ክሪስታል 0 የሾለ በይነገጽን ያሳያል, በማዕከላዊው አካባቢ እና በዳርቻው ላይ የደረጃ ሽግግር ያለው. የወለል ንጣፉ በጋዝ-ደረጃ ቁሳቁሶች ማጓጓዝ ውስጥ የተወሰነ ደረጃ አለመመጣጠንን ይወክላል ፣ እና የደረጃ ሽግግር መከሰት ከዝቅተኛው የ C / Si ሬሾ ጋር ይዛመዳል። በመዋቅር 1 የበቀለው የክሪስታል በይነገጽ በትንሹ ሾጣጣ ነው, ምንም የደረጃ ሽግግር አልተገኘም, እና ውፍረቱ 65% ክሪስታል ያለ ​​ፒጂ. በአጠቃላይ የክሪስታል እድገት ውጤቶች ከአስመሳይ ውጤቶች ጋር ይዛመዳሉ, በአወቃቀሩ 1 ክሪስታል በይነገጽ ላይ ትልቅ ራዲያል የሙቀት ልዩነት, በዳርቻው ላይ ያለው ፈጣን እድገት ይጨመቃል, እና አጠቃላይ የቁሳቁስ ፍሰት ፍጥነት ይቀንሳል. አጠቃላይ አዝማሚያው ከቁጥር ማስመሰል ውጤቶች ጋር ይጣጣማል።

ምስል 8 በመዋቅር 0 እና በመዋቅር 1 ስር የሚበቅሉ የሲሲ ክሪስታሎች

ማጠቃለያ

PG የጥሬ ዕቃውን አጠቃላይ የሙቀት መጠን ለማሻሻል እና የአክሲዮል እና ራዲያል የሙቀት መጠንን ማሻሻል ፣ የጥሬ ዕቃውን ሙሉ በሙሉ መገዛት እና አጠቃቀምን ማስተዋወቅ ፣ የላይኛው እና የታችኛው የሙቀት ልዩነት ይጨምራል, እና የዘር ክሪስታል ወለል ራዲያል ቅልመት ይጨምራል, ይህም የኮንቬክስ በይነገጽ እድገትን ለመጠበቅ ይረዳል. በጅምላ ማስተላለፍን በተመለከተ የ PG ማስተዋወቅ አጠቃላይ የጅምላ ዝውውር ፍጥነትን ይቀንሳል ፣ PG በያዘው የእድገት ክፍል ውስጥ ያለው የቁሳቁስ ፍሰት መጠን ከጊዜ ወደ ጊዜ እየቀነሰ ይሄዳል ፣ እና አጠቃላይ የእድገት ሂደቱ የበለጠ የተረጋጋ ነው። በተመሳሳይ ጊዜ, PG በተጨማሪም ከመጠን በላይ የጠርዝ የጅምላ ሽግግር መከሰትን በተሳካ ሁኔታ ይከላከላል. በተጨማሪም PG በተጨማሪም የእድገት አካባቢን የ C / Si ሬሾን ይጨምራል, በተለይም በዘር ክሪስታል በይነገጽ የፊት ጠርዝ ላይ, ይህም በእድገት ሂደት ውስጥ የደረጃ ለውጥ መከሰትን ለመቀነስ ይረዳል. በተመሳሳይ ጊዜ, የፒጂ የሙቀት መከላከያ ተጽእኖ በተወሰነ ደረጃ በጥሬው የላይኛው ክፍል ላይ የ recrystalization ክስተትን ይቀንሳል. ለክሪስታል እድገት፣ PG የክሪስታል እድገትን ፍጥነት ይቀንሳል፣ ነገር ግን የእድገት በይነገጹ የበለጠ ሾጣጣ ነው። ስለዚህ, PG የሲሲ ክሪስታሎች እድገት አካባቢን ለማሻሻል እና ክሪስታል ጥራትን ለማሻሻል ውጤታማ ዘዴ ነው.