本文通過試驗和分析發(fā)現(xiàn)當(dāng)前存在的兩種關(guān)于初晶硅從過共晶鋁硅合金中分離初晶硅的機理存在一定缺陷。通過配置ω（Si）=0.45的過共晶鋁硅合金在3 kHz感應(yīng)爐中精煉冶金級硅后以10μm·s^-1速度進(jìn)行定向凝固,得到試驗所需的樣品圖。同時,為了探究在精煉過程以及下拉過程中初晶硅的富集情況,采取不同下拉距離以及淬火的方式探究在定向凝固前期過程中初晶硅的賦存狀態(tài).通過金相顯微鏡觀察各種條件下初晶硅的賦存狀態(tài)。利用相圖分析出鋁硅熔體在定向凝固過程中的性質(zhì)。同時,使用商業(yè)軟件COMSOL Multiphysics對過程中的溫度場、流場以及磁場分布進(jìn)行模擬.對分離機理做了更加完善的解釋。 

【文章來源】：工程熱物理學(xué)報. 2020,41(03)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

圖２不同條件下的樣品??（ａ）?３?ｋＨＺ頻率感應(yīng)爐不做下拉；（ｂ）?３〇?ｋＨｚ感應(yīng)爐以１（）??做定向凝固；??

向也是急劇變化的，因此并不??能如作者所分析的電磁場產(chǎn)生的洛倫茲力向著固定??的方向朝下。??⑷??４＾．??Ｌｏｒｃｎｉｚ??ｆｏｒｃｅ??？ＦＰ??■ｐ??（ｃ）??（ｄ）??４??Ｔ??４??Ｔ??４??＾?７??ｈＦＰ??Ｔ??圖５?—個周期內(nèi)磁感線的變化示意圖??Ｆｉｇ．?５?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｍａｇｎｅｔｉｃ?ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ?ｌｉｎｅ?ｃｈａｎｇｅ??ｉｎ?ｏｎｅ?ｃｉｒｃｌｅ??３討論??３．１當(dāng)前存在的兩種機理??圖４為當(dāng)前對初晶硅從鋁硅合金中分離機理的??兩種解釋。圖４（ａ）為東京大學(xué)森田一樹老師提出的??硅相分離機理，該機理認(rèn)為初晶硅從過共晶鋁硅合??金分離是由于電磁感應(yīng)對熔體中的板狀硅直接向下??的推動所致，從而在坩堝底部形成初晶硅的富集區(qū)??域。圖４（ｂ）為昆明理工大學(xué)薛海洋等所提出的硅相??分離機理，該機理認(rèn)為初晶硅的富集是由于硅以原??子形式隨著流體的流動“遷移’’到低溫區(qū)從而凝固形??成了初晶硅的富集區(qū)域。通過實驗與分析發(fā)現(xiàn)，兩種??機理均存在一定的缺陷。??０??〇??Ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ??ｃｏｉｌ??Ｓｉ＾Ｌ??Ｍａｇｎｅｔｉｃ?Ｆｉｅｌｄ??〇??〇??ｃｕｒｒｅｎｔ??．Ｉｎｄｕｃｅｄ?ｆｌｏｗ＊??Ｓｏｌｉｄｉｆｉｅｄ?ｓｉｌｉｃｏｎ?ｃｒｙｓｔａｌ??（ａ）?Ｍｏｒｉｔａ提出的分離機理?（ｂ）薛海洋等提出的分離機理??圖４硅在電磁感應(yīng)定向凝固條件下從過共晶鋁硅合金分離機理??Ｆｉｇ．?４?Ｓｉｌｉｃｏｎ?ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ?ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ?ｆｒｏｍ?ｈｙｐｅｒｅｕｔｅｃｔｉｃ??Ａｌ－Ｓｉ?ｍｅ

何云飛等：過共晶鋁硅合金電磁分離粗硅機理再討論??６８３??３期??圖６鋁硅二元相圖??Ｆｉｇ．?６?Ａｌ－Ｓｉ?ｂｉｎａｒｙ?ｐｈａｓｅ?ｄｉａｇｒａｍ??固過程中，硅是極易偏析的，并且根據(jù)金相顯微結(jié)??構(gòu)圖也看出初晶硅有一個逐漸生長的過程。在精煉??過程中，熔體的流動是由于熔體表層的Ａｌ－Ｓｉ熔體由??于電磁場的急劇變化導(dǎo)致表層的擾動直至整個熔體??流動起來，偏析得到的初晶硅也隨著熔體一直流動，??待流動至底部低溫、高黏度區(qū)域，棒狀初晶硅將在??隨著凝固的進(jìn)行，直至最后溶液中偏析出來的初晶??硅在底部富集，最后，電磁感應(yīng)定向凝固過程結(jié)束，??初晶桂從招桂溶體中完成富集。初晶桂在底部低溫??區(qū)富集并且生長，整個分離過程如圖８所示．待整??個分離過程完成后，硅相富集區(qū)域ｗ（Ｓｉ）＝０．８５，遠(yuǎn)高??于當(dāng)前報道中各種分離方法所得的硅含量［１６］。??為了深入了解在精煉過程中的各物理場的性質(zhì)，??通過ＣＯＭＳＯＬ對中間過程進(jìn)行模擬，深入了解其溫??度嘗流場以及電磁場的分布。??圖７為對電磁感應(yīng)精煉初晶桂與錯桂合金的模??擬結(jié)果圖，圖７（ａ）為３?ｋＨｚ頻率條件下的流場流動??的模擬圖。圖７（ｂ）為溫度分布圖。圖７（ｃ）為３?ｋＨｚ??條件下的電磁場分布模擬的結(jié)果圖，從圖中可以看??出，電磁場在培體中的分布主要集中在擦體表層，這??是由于集膚效應(yīng)導(dǎo)致的。模擬結(jié)果與計算所得的集??膚深度結(jié)果一致。因此，模擬結(jié)果也說明森田一樹??老師的分離機理存在一定的缺陷。??圖８硅從過共晶鋁硅熔體分離的機理和生長過程??Ｆｉｇ．?．８?ｓｉｌｉｃｏｎ?ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ?ｍｅｃｈａｎｉｓｍ?ｆｒｏｍ?ｈｙｐｅｒｅｕｔｅｃｔ


本文編號：3584041