Файл: Вигдорович, В. Н. Совершенствование зонной перекристаллизации.pdf

сти в пограничном слое, способствующая переносу атомов примеси в глубь расплава. Турбулентный пограничный слой состоит из ла­ минарного подслоя, области развитого турбулентного движения и лежащей между ними переходной области с переменным характером движения временами ламинарным, временами турбулентным. В турбулентной и в меньшей степени в переходной области происхо­ дит быстрое осреднение концентрации и температуры расплава, вызванное смешением частиц жидкости, характерным для турбулент­ ного режима. Поэтому при турбулентном характере пограничного слоя определяющими являются параметры ламинарного подслоя. Ламинарный подслой в большей степени зависит от режима движения жидкости, характеризуемого числом Рейнольдса, чем турбулентный пограничный слой в целом [140].

Исходя из этого, характер изменения эффективного коэффи­ циента распределения примеси от интенсивности перемешивания [136] может трактоваться как переход характера пограничного слоя от ламинарного до турбулентного. Достижение области малого из­ менения эффективности коэффициента распределения примеси от интенсивности перемешивания объяснимо достижением устойчивого турбулентного характера пограничного слоя. При дальнейшей ин­ тенсификации движения металлического расплава ламинарный под­ слой, вероятно, уменьшается до размеров, сравнимых со ступенями роста кристалла. Одновременно уменьшается величина переходной области. Это делает возможным проникновение вихревых потоков расплава к фронту кристаллизации, растворению его и к последующей кристаллизации из расплава с большим содержанием примеси.

Недостаточная величина ламинарного подслоя также может привести к нарушению теплообмена на фронте кристаллизации и вызвать ступенчатый механизм кристаллизации, аналогичный рас­ смотренному в работе [141 ]. Ступенчатый механизм при зонной пе­ рекристаллизации может быть представлен в виде следующих этапов: переохлаждения расплава, вызванного растворением перекристаллизованной и преимущественно расплавляемой части загрузки; быст­ рой кристаллизации (при k —> 1) расплава на фронте плавления и преимущественно на фронте кристаллизации с выделением большого количества скрытой теплоты плавления; медленной кристаллизации при малом переохлаждении; повышения температуры расплава и подавления кристаллизации. Затем следует повторение цикла.

Все это должно привести к ухудшению условий кристаллизаци­ онной очистки, т. е. к увеличению эффективного коэффициента рас­

слоты обнаружено наличие оптимальной интенсивности перемешива­ ния, при которой эффективный коэффициент распределения примеси наиболее близок к равновесному.

Таким образом, для получения наилучших условий кристалли­ зационной очистки необходимо создание турбулентного пограничного слоя. При этом характер движения в основной массе расплава не имеет определяющего значения.

Теорию электромагнитного перемешивания расплава при зонной перекристаллизации разрабатывали на примерах совмещения в од­ ном устройстве функций нагрева для создания расплавленной зоны и воздействия на расплав зоны для ее перемешивания [143—145]. В качестве такого устройства могут служить многосекционные спи­ ральные нагреватели сопротивления, секции которого питаются сдвинутыми по фазе токами.

Для изучения перемешивания бегущим электромагнитным полем расплавов металлов и полупроводниковых материалов при кристал­ лизации использовали метод приближенного моделирования.

При точном' моделировании необходимо совпадение всех крите­ риев подобия и граничных условий [146 ]. Однако при точном модели­ ровании магнитогидродинамических процессов в «металлических» жидкостях существуют два критерия —■критерий относительной электропроводности и критерий Прандтля, которые зависят только

При приближенном моделировании требуется совпадение гранич­ ных условий и некоторых определяющих критериев подобия, кото­ рые при данном процессе наиболее существенны [149]. Это делает возможным приближенное моделирование одной «металлической» жидкости другой при перемешивании расплава в процессах кристал­ лизационной очистки, потому что теплопередача в кристаллиза­ ционных процессах определяется условиями роста кристаллов. При этом критерий Нуссельта — автомоделей, т. е. характеризует тепло­ обмен расплава с кристаллом и контейнером, но от него не зависит.

Для исследования методом приближенного моделирования усло­ вий перемешивания бегущим электромагнитным полем расплава ме­ таллов и полупроводников в процессах кристаллизационной очистки

с этим были исследованы различные устройства [150—153] (см. также ссылки на изобретения 1_6.

1 Б а с о в Ю. П., К о з л о в В. П. и К о н о в а л о в Э. Е. Авт. свид.

№298369, 1969 (кл. ВО 1j, 17/08).— «Открытия, изобретения, пром. образцы», 1971,

№И, с. 31.

194

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

с ил.

7.Л ю б о е Б. Я. Кинетическая теория фазовых превращений. М., «Металлур­ гия», 1969. 263 с. с ил.

8.Технология полупроводниковых материалов. Пер. с англ. Под ред. М. И. Иглицина. М., Оборонгиз, 1961, 314 с. с ил.

9. Процессы роста и выращивание кристаллов. М., ИЛ, 1963. 530 с. с« ил.

10.Кристаллизация и фазовые переходы. Под ред. Н. Н. Сироты. М., «Мир», 1965. 445 с. с ил.

11.П а л а т н и к Л. С., П а п и р о в И. И. Ориентированная кристаллизация. М., «Металлургия», 1964. 408 с. с ил.

12.Проблемы роста кристаллов. Избранные доклады на международном симпо­ зиуме. М., «Мир». 1968. 392 с. с ил.

13.Кристаллизация. Сборник статей (ВНИИ химических реактивов и особо чистых химических веществ). Л ., «Химия», 1970.

14.С а ж и н Н. П. Развитие в СССР металлургии редких металлов и полупровод­ никовых материалов. М., ВНИИ «Цветметинформация», 1967. 136 с. с ил.

15.Б е л я е в А. И. Физико-химические основы очистки металлов и полупровод­ никовых материалов. М., «Металлургия», 1973. 288 с. с ил.

16.Методы получения особочистых неорганических веществ. Л., «Химия», 1969.

17. Металлургия и технология полупроводниковых материалов. М., «Металлур­

с т у л ь, Ю. М. Ш а ш к о в .

18.Полупроводниковые соединения An iBv . Пер. с англ. М., «Металлургия», 1967. 728 с. с ил.

19.Physics and chemistry of II—III compaunds. Ed. Aven. M. and Prener J. S., Amsterdam, 1967, 844 p.

21.Н а ш е л ь с к и й А. Я- Технология полупроводниковых материалов. М., «Металлургия», 1972. 432 с. с ил.

22.П ф а н н В. Зонная плавка. М., Металлургиздат, 1960. 272 с. с ил.; М., «Мир», 1970. 368 с. с ил.

23.П а р р Н. Зонная очистка и ее техника. М., Металлургиздат, 1963. 210 с. с ил.

26.В и г д о р о в и ч В. Н. Очистка металлов и полупроводников кристаллиза­ цией. М., «Металлургия», 1969. 296 с. с ил.

27.Зонная плавка. Сборник переводных статей. М., «Металлургия», 1966.

28.Физико-химические основы кристаллизационных процессов глубокой очистки

металлов. Сборник статей. М., «Наука», 1970.

29. Symposium fiber Zonenschmelzen und Kolonenkristallisieren. Karlsruhe, 1963,

477 S.

30.Л о з о в с к и й В. H. Зонная плавка с градиентом температуры. М., «Метал­ лургия», 1972. 240 с. с ил.

196

39.' В и г д о р о в и ч В. Н., В о л ь п я н А. Е. — ЖФХ, 1968, т. 42, № 7, с. 1631— 1634.

48.С л у ц к и й Е. Е. Таблицы для вычисления неполной Г-функции и функции вероятности у?. Под ред. А. Н. Колмогорова М., Изд-во АН СССР, 1950. 72 с.

сил.

52.Проблемы современной физики. Сборник переводных статей. № 2. М., ИЛ, 1955, с. 9—15.

53.Методы получения чистых металлов. Сборник переводных статей. М., ИЛ, 1957.

197

62.В и г д о р о в и ч В . Н., В о л ь п я н А . Е. — ТОХТ, 1968, т. 2, № 2, с. 210— 219 с ил.

63.В о л ь п я н А . Е. — В кн.: Физико-химические основы кристаллизационных

издат, 1963, с. 127—149.

73.В и г д о р о в и ч В. Н. — «Заводская лаборатория», 1965, т. 31, № 5, с. 568— 573 с ил.

74. Н а г г i s о n J. D., Т i 1 1 е г W. А. — «Trans. А1МЕ», 1961, v. 221, № 6, р. 649.

75.П е й з у л а е в Ш . И., К о н о в а л о в Э. Е. — «Изв. АН СССР, Металлы», 1967, № 2, с. 79—83 с ил.

1967, т. 40, с. 1242—1245 с ил.

78.В и г д о р о в и ч В . Н., В о л ь п я н А . Е., Ш у л е ш к о Г . И. — «Цветные металлы», 1968, № 7, с. 63—65 с ил.

79.Ш а в г а В. А., С е л и н А. А., В и г д о р о в и ч В. Н., М а р ы ч е в а В. В. — «Изв. АН СССР. Металлы», 1971, № 5, с. 68—74 с ил.

82.Н и к и т и н а Г. В . . Р о м а н е н к о В. Н. — ТОХТ, 1970, т. 4, № 6, с. 839— 844.

№ 2, p. 203—204.

92.Technique of organie chemistry. Ed. J. Weissberger L., Interscience publisher, LTD, 1956, v. Ill, p. 395—562.

198