Mchakato wa msingi waSiCukuaji wa kioo umegawanywa katika usablimishaji na mtengano wa malighafi kwenye joto la juu, usafirishaji wa vitu vya awamu ya gesi chini ya hatua ya upinde rangi ya joto, na ukuaji wa recrystallization wa dutu za awamu ya gesi kwenye kioo cha mbegu. Kulingana na hili, mambo ya ndani ya crucible imegawanywa katika sehemu tatu: eneo la malighafi, chumba cha ukuaji na kioo cha mbegu. Mfano wa simulizi wa nambari ulichorwa kulingana na kinzani halisiSiCvifaa vya kukuza fuwele moja (ona Mchoro 1). Katika hesabu: chini yasulubuni 90 mm kutoka chini ya heater ya upande, joto la juu la crucible ni 2100 ℃, kipenyo cha chembe ya malighafi ni 1000 μm, porosity ni 0.6, shinikizo la ukuaji ni 300 Pa, na wakati wa ukuaji ni 100 h. . Unene wa PG ni 5 mm, kipenyo ni sawa na kipenyo cha ndani cha crucible, na iko 30 mm juu ya malighafi. Michakato ya usablimishaji, kaboni, na urekebishaji wa ukanda wa malighafi huzingatiwa katika hesabu, na majibu kati ya PG na dutu ya awamu ya gesi haizingatiwi. Vigezo vya mali isiyohamishika vinavyohusiana na hesabu vinaonyeshwa kwenye Jedwali 1.
Kielelezo cha 1 Muundo wa kukokotoa uigaji. (a) Muundo wa uga wa joto kwa uigaji wa ukuaji wa fuwele; (b) Mgawanyiko wa eneo la ndani la shida za kiafya na zinazohusiana
Jedwali 1 Baadhi ya vigezo halisi vinavyotumika katika hesabu
Kielelezo cha 2(a) kinaonyesha kuwa halijoto ya muundo ulio na PG (inayoashiria kuwa muundo 1) ni ya juu kuliko ile ya muundo usio na PG (iliyoonyeshwa kama muundo 0) chini ya PG, na chini ya ile ya muundo 0 juu ya PG. Kiwango cha joto cha jumla huongezeka, na PG hufanya kama wakala wa kuhami joto. Kwa mujibu wa Kielelezo 2 (b) na 2 (c), gradients ya joto ya axial na radial ya muundo 1 katika eneo la malighafi ni ndogo, usambazaji wa joto ni sare zaidi, na usablimishaji wa nyenzo ni kamili zaidi. Tofauti na eneo la malighafi, Mchoro 2(c) unaonyesha kwamba kipenyo cha joto cha radial kwenye kioo cha mbegu cha muundo 1 ni kikubwa zaidi, ambacho kinaweza kusababishwa na uwiano tofauti wa njia tofauti za uhamishaji joto, ambayo husaidia kioo kukua na kiolesura cha mbonyeo. . Katika Mchoro 2(d), halijoto katika nafasi tofauti katika crucible inaonyesha mwelekeo unaoongezeka ukuaji unapoendelea, lakini tofauti ya halijoto kati ya muundo 0 na muundo 1 hupungua polepole katika eneo la malighafi na kuongezeka hatua kwa hatua katika chemba ya ukuaji.
Kielelezo 2 Usambazaji wa joto na mabadiliko katika crucible. (a) Usambazaji wa halijoto ndani ya kibonge cha muundo 0 (kushoto) na muundo 1 (kulia) saa 0, kitengo: ℃; (b) Usambazaji wa halijoto kwenye mstari wa katikati wa chombo cha kusagwa cha muundo 0 na muundo 1 kutoka sehemu ya chini ya malighafi hadi kioo cha mbegu kwa saa 0; (c) Usambazaji wa joto kutoka katikati hadi ukingo wa chombo kwenye uso wa fuwele ya mbegu (A) na uso wa malighafi (B), katikati (C) na chini (D) saa 0 h, mhimili mlalo r ni radius ya kioo cha mbegu kwa A, na eneo la eneo la malighafi kwa B~D; (d) Mabadiliko ya joto katikati ya sehemu ya juu (A), uso wa malighafi (B) na katikati (C) ya chumba cha ukuaji wa muundo 0 na muundo 1 saa 0, 30, 60, na 100 h.
Kielelezo 3 kinaonyesha usafiri wa nyenzo kwa nyakati tofauti katika crucible ya muundo 0 na muundo 1. Kiwango cha mtiririko wa nyenzo za awamu ya gesi katika eneo la malighafi na chumba cha ukuaji huongezeka kwa ongezeko la nafasi, na usafiri wa nyenzo hudhoofisha ukuaji unavyoendelea. . Mchoro wa 3 pia unaonyesha kuwa chini ya hali ya kuiga, malighafi kwanza huchora kwenye ukuta wa upande wa crucible na kisha chini ya crucible. Kwa kuongeza, kuna recrystallization juu ya uso wa malighafi na hatua kwa hatua huongezeka kama ukuaji unavyoendelea. Kielelezo cha 4(a) na 4(b) kinaonyesha kuwa kiwango cha mtiririko wa nyenzo ndani ya malighafi hupungua kadri ukuaji unavyoendelea, na kasi ya mtiririko wa nyenzo saa 100 ni takriban 50% ya muda wa mwanzo; hata hivyo, kiwango cha mtiririko ni kikubwa kwa makali kutokana na graphitization ya malighafi, na kiwango cha mtiririko kwenye makali ni zaidi ya mara 10 ya kiwango cha mtiririko katika eneo la kati saa 100 h; kwa kuongeza, athari ya PG katika muundo 1 hufanya kiwango cha mtiririko wa nyenzo katika eneo la malighafi ya muundo 1 chini kuliko ile ya muundo 0. Katika Mchoro 4 (c), mtiririko wa nyenzo katika eneo la malighafi na chumba cha ukuaji hupungua polepole wakati ukuaji unavyoendelea, na mtiririko wa nyenzo katika eneo la malighafi huendelea kupungua, ambayo husababishwa na ufunguzi wa mkondo wa hewa kwenye ukingo wa crucible na kizuizi cha recrystallization juu; katika chumba cha ukuaji, kiwango cha mtiririko wa nyenzo cha muundo 0 hupungua kwa kasi katika saa 30 za awali hadi 16%, na hupungua tu kwa 3% katika wakati unaofuata, wakati muundo 1 unabaki thabiti katika mchakato wa ukuaji. Kwa hiyo, PG husaidia kuimarisha kiwango cha mtiririko wa nyenzo katika chumba cha ukuaji. Kielelezo 4(d) kinalinganisha kasi ya mtiririko wa nyenzo kwenye sehemu ya mbele ya ukuaji wa fuwele. Kwa wakati wa awali na 100 h, usafiri wa nyenzo katika eneo la ukuaji wa muundo 0 ni nguvu zaidi kuliko ile ya muundo 1, lakini daima kuna eneo la kiwango cha juu cha mtiririko kwenye makali ya muundo 0, ambayo husababisha ukuaji mkubwa kwenye makali. . Uwepo wa PG katika muundo 1 kwa ufanisi hukandamiza jambo hili.
Mchoro wa 3 Mtiririko wa nyenzo kwenye crucible. Njia (kushoto) na vekta za kasi (kulia) za usafirishaji wa nyenzo za gesi katika miundo 0 na 1 kwa nyakati tofauti, kitengo cha vekta ya kasi: m/s
Mchoro wa 4 Mabadiliko katika kiwango cha mtiririko wa nyenzo. (a) Mabadiliko katika usambazaji wa kiwango cha mtiririko wa nyenzo katikati ya malighafi ya muundo 0 saa 0, 30, 60, na 100 h, r ni radius ya eneo la malighafi; (b) Mabadiliko katika usambazaji wa kiwango cha mtiririko wa nyenzo katikati ya malighafi ya muundo 1 saa 0, 30, 60, na 100 h, r ni eneo la eneo la malighafi; (c) Mabadiliko katika kiwango cha mtiririko wa nyenzo ndani ya chumba cha ukuaji (A, B) na ndani ya malighafi (C, D) ya miundo 0 na 1 baada ya muda; (d) Usambazaji wa kiwango cha mtiririko wa nyenzo karibu na uso wa fuwele wa mbegu wa miundo 0 na 1 saa 0 na 100 h, r ni radius ya fuwele ya mbegu.
C/Si huathiri uthabiti wa fuwele na msongamano wa kasoro wa ukuaji wa fuwele wa SiC. Kielelezo 5(a) kinalinganisha usambazaji wa uwiano wa C/Si wa miundo miwili wakati wa mwanzo. Uwiano wa C / Si hupungua hatua kwa hatua kutoka chini hadi juu ya crucible, na uwiano wa C / Si wa muundo 1 daima ni wa juu zaidi kuliko ule wa muundo 0 katika nafasi tofauti. Kielelezo cha 5(b) na 5(c) kinaonyesha kuwa uwiano wa C/Si huongezeka pole pole na ukuaji, ambao unahusiana na ongezeko la joto la ndani katika hatua ya baadaye ya ukuaji, uboreshaji wa grafiti ya malighafi, na athari ya Si. vipengele katika awamu ya gesi na crucible ya grafiti. Katika Mchoro 5(d), uwiano wa C/Si wa muundo 0 na muundo 1 ni tofauti kabisa chini ya PG (0, 25 mm), lakini tofauti kidogo juu ya PG (50 mm), na tofauti huongezeka polepole inapokaribia kioo. . Kwa ujumla, uwiano wa C / Si wa muundo 1 ni wa juu, ambayo husaidia kuimarisha fomu ya kioo na kupunguza uwezekano wa mpito wa awamu.
Mchoro wa 5 Usambazaji na mabadiliko ya uwiano wa C/Si. (a) Usambazaji wa uwiano wa C/Si katika crucibles ya muundo 0 (kushoto) na muundo 1 (kulia) saa 0 h; (b) Uwiano wa C/Si kwa umbali tofauti kutoka kwa mstari wa katikati wa crucible ya muundo 0 kwa nyakati tofauti (0, 30, 60, 100 h); (c) Uwiano wa C / Si kwa umbali tofauti kutoka kwa mstari wa katikati wa crucible ya muundo 1 kwa nyakati tofauti (0, 30, 60, 100 h); (d) Ulinganisho wa uwiano wa C/Si kwa umbali tofauti (0, 25, 50, 75, 100 mm) kutoka mstari wa kati wa crucible ya muundo 0 (mstari imara) na muundo 1 (mstari wa dashed) kwa nyakati tofauti (0, 30, 60, 100 h).
Mchoro wa 6 unaonyesha mabadiliko katika kipenyo cha chembe na unene wa maeneo ya malighafi ya miundo miwili. Takwimu inaonyesha kwamba kipenyo cha malighafi hupungua na unene huongezeka karibu na ukuta unaovunjwa, na upenyo wa ukingo unaendelea kuongezeka na kipenyo cha chembe kinaendelea kupungua ukuaji unavyoendelea. Upeo wa porosity ya makali ni kuhusu 0.99 saa 100 h, na kipenyo cha chini cha chembe ni kuhusu 300 μm. Kipenyo cha chembe huongezeka na porosity hupungua juu ya uso wa juu wa malighafi, sambamba na recrystallization. Unene wa eneo la kusawazisha huongezeka kadiri ukuaji unavyoendelea, na saizi ya chembe na porosity huendelea kubadilika. Upeo wa kipenyo cha chembe hufikia zaidi ya 1500 μm, na porosity ya chini ni 0.13. Kwa kuongeza, kwa kuwa PG huongeza joto la eneo la malighafi na supersaturation ya gesi ni ndogo, unene wa recrystallization wa sehemu ya juu ya malighafi ya muundo 1 ni ndogo, ambayo inaboresha kiwango cha matumizi ya malighafi.
Mchoro 6 Mabadiliko ya kipenyo cha chembe (kushoto) na porosity (kulia) ya eneo la malighafi ya muundo 0 na muundo 1 kwa nyakati tofauti, kitengo cha kipenyo cha chembe: μm
Kielelezo cha 7 kinaonyesha kuwa muundo 0 huzunguka mwanzoni mwa ukuaji, ambayo inaweza kuwa kuhusiana na kiwango cha mtiririko wa nyenzo unaosababishwa na graphitization ya makali ya malighafi. Kiwango cha kupiga vita hudhoofika wakati wa mchakato wa ukuaji unaofuata, ambao unalingana na mabadiliko ya kiwango cha mtiririko wa nyenzo mbele ya ukuaji wa fuwele wa muundo 0 kwenye Mchoro 4 (d). Katika muundo wa 1, kwa sababu ya athari ya PG, kiolesura cha fuwele haionyeshi kupigana. Kwa kuongezea, PG pia hufanya kasi ya ukuaji wa muundo 1 kuwa chini sana kuliko ile ya muundo 0. Unene wa katikati wa fuwele ya muundo 1 baada ya h 100 ni 68% tu ya ile ya muundo 0.
Mchoro 7 Mabadiliko ya kiolesura cha muundo 0 na muundo wa fuwele 1 saa 30, 60 na 100.
Ukuaji wa kioo ulifanyika chini ya hali ya mchakato wa simulation ya nambari. Fuwele zilizokuzwa na muundo 0 na muundo 1 zinaonyeshwa kwenye Mchoro 8(a) na Mchoro 8(b), mtawalia. Kioo cha muundo 0 kinaonyesha kiolesura cha concave, kilicho na mipasuko katika eneo la kati na mpito wa awamu ukingoni. Uso wa uso unawakilisha kiwango fulani cha inhomogeneity katika usafiri wa vifaa vya awamu ya gesi, na tukio la mpito wa awamu inafanana na uwiano wa chini wa C / Si. Kiolesura cha kioo kilichokuzwa na muundo 1 ni laini kidogo, hakuna mpito wa awamu unaopatikana, na unene ni 65% ya kioo bila PG. Kwa ujumla, matokeo ya ukuaji wa fuwele yanahusiana na matokeo ya kuiga, na tofauti kubwa ya joto la radial kwenye kiolesura cha kioo cha muundo 1, ukuaji wa haraka kwenye ukingo hukandamizwa, na kiwango cha jumla cha mtiririko wa nyenzo ni polepole. Mwelekeo wa jumla unalingana na matokeo ya simulizi ya nambari.
Mchoro 8 fuwele za SiC zilizokuzwa chini ya muundo 0 na muundo 1
Hitimisho
PG inafaa kwa uboreshaji wa joto la jumla la eneo la malighafi na uboreshaji wa usawa wa joto la axial na radial, kukuza usablimishaji kamili na matumizi ya malighafi; tofauti ya joto la juu na chini huongezeka, na upinde wa mvua wa uso wa kioo wa mbegu huongezeka, ambayo husaidia kudumisha ukuaji wa kiolesura cha mbonyeo. Kwa upande wa uhamishaji wa wingi, kuanzishwa kwa PG kunapunguza kiwango cha jumla cha uhamishaji wa wingi, kiwango cha mtiririko wa nyenzo katika chumba cha ukuaji kilicho na PG hubadilika kidogo kulingana na wakati, na mchakato mzima wa ukuaji ni thabiti zaidi. Wakati huo huo, PG pia inazuia kwa ufanisi tukio la uhamisho wa wingi wa makali. Kwa kuongeza, PG pia huongeza uwiano wa C/Si wa mazingira ya ukuaji, hasa kwenye ukingo wa mbele wa kiolesura cha kioo cha mbegu, ambayo husaidia kupunguza tukio la mabadiliko ya awamu wakati wa mchakato wa ukuaji. Wakati huo huo, athari ya insulation ya mafuta ya PG inapunguza tukio la recrystallization katika sehemu ya juu ya malighafi kwa kiasi fulani. Kwa ukuaji wa fuwele, PG hupunguza kasi ya ukuaji wa fuwele, lakini kiolesura cha ukuaji ni laini zaidi. Kwa hivyo, PG ni njia bora ya kuboresha mazingira ya ukuaji wa fuwele za SiC na kuboresha ubora wa fuwele.
Muda wa kutuma: Juni-18-2024