Pwosesis debaz la nanSiCkwasans kristal divize an sublimasyon ak dekonpozisyon matyè premyè nan tanperati ki wo, transpò sibstans faz gaz anba aksyon gradyan tanperati a, ak kwasans rekristalizasyon sibstans faz gaz nan kristal pitit pitit. Ki baze sou sa a, enteryè a nan kreze a divize an twa pati: zòn matyè premyè, chanm kwasans ak kristal grenn. Yo te trase yon modèl simulation nimerik ki baze sou rezistans aktyèl laSiCekipman kwasans sèl kristal (gade Figi 1). Nan kalkil la: anba a nankrezese 90 mm lwen anba a nan aparèy chofaj bò a, tanperati an tèt nan kreze a se 2100 ℃, dyamèt patikil matyè premyè a se 1000 μm, porosite a se 0.6, presyon kwasans lan se 300 Pa, ak tan kwasans lan se 100 h. . Epesè a PG se 5 mm, dyamèt la egal a dyamèt enteryè a nan kreze a, epi li sitiye 30 mm pi wo a materyèl la anvan tout koreksyon. Pwosesis sublimasyon, karbonizasyon, ak rekristalizasyon nan zòn matyè premyè yo konsidere nan kalkil la, epi yo pa konsidere reyaksyon ant PG ak gaz faz sibstans. Paramèt pwopriyete fizik ki gen rapò ak kalkil yo montre nan Tablo 1.
Figi 1 Modèl kalkil simulation. (a) Modèl tèmik jaden pou simulation kwasans kristal; (b) Divizyon zòn entèn creuze a ak pwoblèm fizik ki gen rapò
Tablo 1 Gen kèk paramèt fizik yo itilize nan kalkil la
Figi 2 (a) montre ke tanperati a nan estrikti a ki gen PG (ki endike kòm estrikti 1) se pi wo pase sa yo ki nan estrikti a PG-gratis (deziye kòm estrikti 0) anba a PG, ak pi ba pase sa yo ki nan estrikti 0 pi wo a PG. Gradyan tanperati a an jeneral ogmante, ak PG aji kòm yon ajan izolasyon chalè. Dapre figi 2 (b) ak 2 (c), gradyan tanperati axial ak radial nan estrikti 1 nan zòn nan matyè premyè yo pi piti, distribisyon tanperati a pi inifòm, ak sublimasyon materyèl la pi konplè. Kontrèman ak zòn nan matyè premyè, Figi 2(c) montre ke gradyan tanperati radial nan kristal pitit pitit estrikti 1 a pi gwo, ki ka koze pa pwopòsyon diferan nan diferan mòd transfè chalè, ki ede kristal la grandi ak yon koòdone konvèks. . Nan Figi 2 (d), tanperati a nan diferan pozisyon nan kreze a montre yon tandans ogmante kòm kwasans lan ap pwogrese, men diferans lan tanperati ant estrikti 0 ak estrikti 1 piti piti diminye nan zòn nan matyè premyè ak piti piti ogmante nan chanm nan kwasans.
Figi 2 Distribisyon tanperati ak chanjman nan kreze a. (a) Distribisyon tanperati andedan kreze estrikti 0 (gòch) ak estrikti 1 (adwat) nan 0 h, inite: ℃; (b) Distribisyon tanperati sou liy sant la nan kreze estrikti 0 ak estrikti 1 soti nan pati anba a nan materyèl la anvan tout koreksyon nan kristal la grenn nan 0 h; (c) Distribisyon tanperati soti nan sant la rive nan kwen an nan kreze a sou sifas la kristal grenn (A) ak sifas la matyè premyè (B), mitan (C) ak anba (D) nan 0 h, aks orizontal r la se la reyon kristal grenn pou A, ak reyon zòn matyè premyè pou B ~ D; (d) Chanjman tanperati nan sant pati siperyè (A), sifas matyè premyè (B) ak mitan (C) chanm kwasans estrikti 0 ak estrikti 1 nan 0, 30, 60, ak 100 h.
Figi 3 montre transpò materyèl la nan diferan moman nan kreze estrikti 0 ak estrikti 1. Faz gaz materyèl koule nan zòn nan materyèl bwit ak chanm kwasans lan ogmante ak ogmantasyon nan pozisyon, ak transpò materyèl la febli kòm kwasans lan ap pwogrese. . Figi 3 montre tou ke anba kondisyon yo simulation, materyèl la anvan tout koreksyon grafit sou miray la bò nan kreze a ak Lè sa a, sou anba a nan kreze a. Anplis de sa, gen rkristalizasyon sou sifas la nan materyèl la anvan tout koreksyon epi li piti piti epesè kòm kwasans lan ap pwogrese. Figi 4 (a) ak 4 (b) montre ke pousantaj koule materyèl andedan matyè premyè a diminye kòm kwasans lan ap pwogrese, ak pousantaj koule materyèl nan 100 h se apeprè 50% nan moman inisyal la; sepandan, to koule a se relativman gwo nan kwen an akòz grafitizasyon an nan matyè premyè a, ak to a koule nan kwen an se plis pase 10 fwa to a koule nan zòn nan mitan nan 100 h; Anplis de sa, efè a nan PG nan estrikti 1 fè to a koule materyèl nan zòn nan matyè premyè nan estrikti 1 pi ba pase sa yo ki nan estrikti 0. Nan figi 4 (c), koule nan materyèl nan tou de zòn nan matyè premyè ak nan chanm kwasans piti piti febli kòm kwasans lan ap pwogrese, ak koule nan materyèl nan zòn nan matyè premyè kontinye ap diminye, ki se ki te koze pa ouvèti a nan kanal la koule lè nan kwen an nan crucible a ak blokaj la nan rkristalizasyon nan tèt la; nan chanm kwasans lan, pousantaj koule materyèl nan estrikti 0 diminye rapidman nan premye 30 h a 16%, epi sèlman diminye pa 3% nan tan ki vin apre a, pandan y ap estrikti 1 rete relativman ki estab nan tout pwosesis kwasans lan. Se poutèt sa, PG ede estabilize pousantaj koule materyèl nan chanm kwasans lan. Figi 4(d) konpare to koule materyèl nan devan kwasans kristal. Nan moman inisyal la ak 100 h, transpò materyèl nan zòn kwasans estrikti 0 a pi fò pase sa ki nan estrikti 1, men toujou gen yon zòn gwo koule nan kwen estrikti 0, ki mennen nan kwasans twòp nan kwen an. . Prezans PG nan estrikti 1 efektivman siprime fenomèn sa a.
Figi 3 koule materyèl nan kreze a. Rasyonalize (agòch) ak vektè vitès (adwat) transpò materyèl gaz nan estrikti 0 ak 1 nan diferan moman, inite vektè vitès: m/s
Figi 4 Chanjman nan to koule materyèl. (a) Chanjman nan distribisyon pousantaj koule materyèl nan mitan materyèl la anvan tout koreksyon nan estrikti 0 nan 0, 30, 60, ak 100 h, r se reyon an nan zòn nan matyè premyè; (b) Chanjman nan distribisyon an koule materyèl nan mitan an nan matyè premyè nan estrikti 1 nan 0, 30, 60, ak 100 h, r se reyon an nan zòn nan matyè premyè; (c) Chanjman nan pousantaj koule materyèl andedan chanm kwasans lan (A, B) ak andedan materyèl la anvan tout koreksyon (C, D) nan estrikti 0 ak 1 sou tan; (d) Distribisyon pousantaj koule materyèl tou pre sifas kristal grenn nan estrikti 0 ak 1 nan 0 ak 100 h, r se reyon kristal grenn nan
C/Si afekte estabilite kristalin ak dansite defo nan kwasans kristal SiC. Figi 5(a) konpare distribisyon rapò C/Si de estrikti yo nan moman inisyal la. Rapò C/Si a piti piti diminye soti nan pati anba a nan tèt creuze a, ak rapò C/Si nan estrikti 1 toujou pi wo pase sa yo ki nan estrikti 0 nan diferan pozisyon. Figi 5 (b) ak 5 (c) montre ke rapò C/Si a piti piti ogmante ak kwasans, ki gen rapò ak ogmantasyon nan tanperati entèn nan etap nan pita nan kwasans, amelyorasyon nan grafitizasyon matyè premyè, ak reyaksyon an nan Si. konpozan nan faz gaz la ak kreze grafit la. Nan Figi 5 (d), rapò C/Si estrikti 0 ak estrikti 1 yo byen diferan anba a PG (0, 25 mm), men yon ti kras diferan pi wo a PG (50 mm), ak diferans lan piti piti ogmante kòm li apwoche kristal la. . An jeneral, rapò C/Si nan estrikti 1 a pi wo, sa ki ede estabilize fòm kristal la epi redwi pwobabilite pou tranzisyon faz la.
Figi 5 Distribisyon ak chanjman nan rapò C/Si. (a) distribisyon rapò C/Si nan kreze estrikti 0 (agòch) ak estrikti 1 (adwat) nan 0 h; (b) Rapò C/Si nan diferan distans ak liy santral kreze estrikti 0 a nan diferan moman (0, 30, 60, 100 h); (c) Rapò C/Si nan diferan distans ak liy santral kreze estrikti 1 a nan diferan moman (0, 30, 60, 100 h); (d) Konparezon rapò C/Si nan diferan distans (0, 25, 50, 75, 100 mm) soti nan liy sant kreze estrikti 0 (liy solid) ak estrikti 1 (liy tirè) nan diferan moman (0, 30, 60, 100 h).
Figi 6 montre chanjman yo nan dyamèt patikil ak porosite nan rejyon matyè premyè nan de estrikti yo. Figi a montre ke dyamèt matyè premyè a diminye ak porosite a ogmante tou pre miray la kreze, ak porosite kwen an kontinye ap ogmante ak dyamèt patikil la kontinye ap diminye kòm kwasans lan ap pwogrese. Porosite kwen maksimòm lan se sou 0.99 nan 100 h, ak dyamèt patikil minimòm lan se sou 300 μm. Dyamèt patikil la ogmante ak porosite a diminye sou sifas anwo materyèl la anvan tout koreksyon, ki koresponn ak rkristalizasyon. Epesè nan zòn nan rkristalizasyon ogmante kòm kwasans lan ap pwogrese, ak gwosè patikil la ak porosite kontinye chanje. Dyamèt maksimòm patikil la rive nan plis pase 1500 μm, ak porosite minimòm lan se 0.13. Anplis de sa, depi PG ogmante tanperati a nan zòn nan matyè premyè ak supersaturation gaz la piti, epesè nan rkristalizasyon nan pati a anwo nan materyèl la anvan tout koreksyon nan estrikti 1 se ti, ki amelyore to a itilizasyon materyèl bwit.
Figi 6 Chanjman nan dyamèt patikil (gòch) ak porosite (adwat) nan zòn nan matyè premyè nan estrikti 0 ak estrikti 1 nan diferan moman, inite dyamèt patikil: μm
Figi 7 montre ke estrikti 0 chèn nan kòmansman kwasans lan, ki ka gen rapò ak to a koule materyèl twòp ki te koze pa grafitizasyon an nan kwen an matyè premyè. Se degre nan deformation febli pandan pwosesis kwasans ki vin apre a, ki koresponn ak chanjman nan to koule materyèl nan devan kwasans lan kristal nan estrikti 0 nan Figi 4 (d). Nan estrikti 1, akòz efè PG, koòdone kristal la pa montre deformation. Anplis de sa, PG tou fè to kwasans lan nan estrikti 1 siyifikativman pi ba pase sa yo ki nan estrikti 0. Epesè nan sant nan kristal la nan estrikti 1 apre 100 h se sèlman 68% nan sa yo ki nan estrikti 0.
Figi 7 Chanjman entèfas nan estrikti 0 ak estrikti 1 kristal nan 30, 60, ak 100 h.
Crystal kwasans te pote soti nan kondisyon sa yo pwosesis nan simulation nimerik. Kristal yo grandi pa estrikti 0 ak estrikti 1 yo montre nan Figi 8 (a) ak Figi 8 (b), respektivman. Kristal la nan estrikti 0 montre yon koòdone konkav, ak ondulasyon nan zòn santral la ak yon tranzisyon faz nan kwen an. Konvèks sifas la reprezante yon sèten degre inhomogeneity nan transpò materyèl gaz-faz, ak ensidan an nan tranzisyon faz koresponn ak rapò a ki ba C / Si. Koòdone nan kristal la grandi pa estrikti 1 se yon ti kras konvèks, pa gen okenn tranzisyon faz yo jwenn, ak epesè a se 65% nan kristal la san PG. An jeneral, rezilta kwasans kristal yo koresponn ak rezilta simulation, ak yon pi gwo diferans tanperati radial nan koòdone kristal nan estrikti 1, kwasans rapid nan kwen an siprime, ak pousantaj koule materyèl an jeneral pi dousman. Tandans jeneral la konsistan avèk rezilta simulation nimerik yo.
Figi 8 kristal SiC grandi anba estrikti 0 ak estrikti 1
Konklizyon
PG se fezab nan amelyorasyon nan tanperati an jeneral nan zòn nan matyè premyè ak amelyorasyon nan inifòmite tanperati axial ak radial, ankouraje sublimasyon an plen ak itilizasyon materyèl la anvan tout koreksyon; diferans nan tanperati anwo ak anba ogmante, ak gradyan radial nan sifas la kristal pitit pitit ogmante, ki ede kenbe kwasans lan koòdone konvèks. An tèm de transfè mas, entwodiksyon an nan PG diminye to an jeneral transfè mas, to a koule materyèl nan chanm nan kwasans ki gen PG chanje mwens ak tan, ak tout pwosesis kwasans lan pi estab. An menm tan an, PG tou efektivman anpeche ensidan an nan transfè mas kwen twòp. Anplis de sa, PG tou ogmante rapò C / Si nan anviwònman kwasans lan, espesyalman nan kwen an devan nan koòdone nan kristal grenn, ki ede diminye ensidan an nan chanjman faz pandan pwosesis kwasans lan. An menm tan an, efè a izolasyon tèmik nan PG diminye ensidan an nan rkristalizasyon nan pati siperyè materyèl la anvan tout koreksyon nan yon sèten limit. Pou kwasans kristal, PG ralanti vitès kwasans kristal, men koòdone kwasans lan pi konvèks. Se poutèt sa, PG se yon mwayen efikas pou amelyore anviwònman kwasans kristal SiC ak optimize bon jan kalite kristal.
Tan pòs: Jun-18-2024