過(guò)共晶鋁硅合金電磁分離粗硅機(jī)理再討論
發(fā)布時(shí)間:2022-01-12 03:49
本文通過(guò)試驗(yàn)和分析發(fā)現(xiàn)當(dāng)前存在的兩種關(guān)于初晶硅從過(guò)共晶鋁硅合金中分離初晶硅的機(jī)理存在一定缺陷。通過(guò)配置ω(Si)=0.45的過(guò)共晶鋁硅合金在3 kHz感應(yīng)爐中精煉冶金級(jí)硅后以10μm·s-1速度進(jìn)行定向凝固,得到試驗(yàn)所需的樣品圖。同時(shí),為了探究在精煉過(guò)程以及下拉過(guò)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(guò)程中初晶硅的賦存狀態(tài).通過(guò)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(guò)程中的性質(zhì)。同時(shí),使用商業(yè)軟件COMSOL Multiphysics對(duì)過(guò)程中的溫度場(chǎng)、流場(chǎng)以及磁場(chǎng)分布進(jìn)行模擬.對(duì)分離機(jī)理做了更加完善的解釋。
【文章來(lái)源】:工程熱物理學(xué)報(bào). 2020,41(03)北大核心EICSCD
【文章頁(yè)數(shù)】:5 頁(yè)
【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(chǎng)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(gè)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(jī)理??圖4為當(dāng)前對(duì)初晶硅從鋁硅合金中分離機(jī)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(jī)理,該機(jī)理認(rèn)為初晶硅從過(guò)共晶鋁硅合??金分離是由于電磁感應(yīng)對(duì)熔體中的板狀硅直接向下??的推動(dòng)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(jī)理,該機(jī)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(dòng)“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(guò)實(shí)驗(yàn)與分析發(fā)現(xiàn),兩種??機(jī)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(jī)理?(b)薛海洋等提出的分離機(jī)理??圖4硅在電磁感應(yīng)定向凝固條件下從過(guò)共晶鋁硅合金分離機(jī)理??Fig.?4?Silicon?separation?mechanisms?from?hypereutectic??Al-Si?me
何云飛等:過(guò)共晶鋁硅合金電磁分離粗硅機(jī)理再討論??683??3期??圖6鋁硅二元相圖??Fig.?6?Al-Si?binary?phase?diagram??固過(guò)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(gè)逐漸生長(zhǎng)的過(guò)程。在精煉??過(guò)程中,熔體的流動(dòng)是由于熔體表層的Al-Si熔體由??于電磁場(chǎng)的急劇變化導(dǎo)致表層的擾動(dòng)直至整個(gè)熔體??流動(dòng)起來(lái),偏析得到的初晶硅也隨著熔體一直流動(dòng),??待流動(dòng)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(lái)的初晶??硅在底部富集,最后,電磁感應(yīng)定向凝固過(guò)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(zhǎng),整個(gè)分離過(guò)程如圖8所示.待整??個(gè)分離過(guò)程完成后,硅相富集區(qū)域w(Si)=0.85,遠(yuǎn)高??于當(dāng)前報(bào)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(guò)程中的各物理場(chǎng)的性質(zhì),??通過(guò)COMSOL對(duì)中間過(guò)程進(jìn)行模擬,深入了解其溫??度嘗流場(chǎng)以及電磁場(chǎng)的分布。??圖7為對(duì)電磁感應(yīng)精煉初晶桂與錯(cuò)桂合金的模??擬結(jié)果圖,圖7(a)為3?kHz頻率條件下的流場(chǎng)流動(dòng)??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(chǎng)分布模擬的結(jié)果圖,從圖中可以看??出,電磁場(chǎng)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(jì)算所得的集??膚深度結(jié)果一致。因此,模擬結(jié)果也說(shuō)明森田一樹??老師的分離機(jī)理存在一定的缺陷。??圖8硅從過(guò)共晶鋁硅熔體分離的機(jī)理和生長(zhǎng)過(guò)程??Fig.?.8?silicon?separation?mechanism?from?hypereutect
本文編號(hào):3584041
【文章來(lái)源】:工程熱物理學(xué)報(bào). 2020,41(03)北大核心EICSCD
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【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(chǎng)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(gè)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(jī)理??圖4為當(dāng)前對(duì)初晶硅從鋁硅合金中分離機(jī)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(jī)理,該機(jī)理認(rèn)為初晶硅從過(guò)共晶鋁硅合??金分離是由于電磁感應(yīng)對(duì)熔體中的板狀硅直接向下??的推動(dòng)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(jī)理,該機(jī)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(dòng)“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(guò)實(shí)驗(yàn)與分析發(fā)現(xiàn),兩種??機(jī)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(jī)理?(b)薛海洋等提出的分離機(jī)理??圖4硅在電磁感應(yīng)定向凝固條件下從過(guò)共晶鋁硅合金分離機(jī)理??Fig.?4?Silicon?separation?mechanisms?from?hypereutectic??Al-Si?me
何云飛等:過(guò)共晶鋁硅合金電磁分離粗硅機(jī)理再討論??683??3期??圖6鋁硅二元相圖??Fig.?6?Al-Si?binary?phase?diagram??固過(guò)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(gè)逐漸生長(zhǎng)的過(guò)程。在精煉??過(guò)程中,熔體的流動(dòng)是由于熔體表層的Al-Si熔體由??于電磁場(chǎng)的急劇變化導(dǎo)致表層的擾動(dòng)直至整個(gè)熔體??流動(dòng)起來(lái),偏析得到的初晶硅也隨著熔體一直流動(dòng),??待流動(dòng)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(lái)的初晶??硅在底部富集,最后,電磁感應(yīng)定向凝固過(guò)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(zhǎng),整個(gè)分離過(guò)程如圖8所示.待整??個(gè)分離過(guò)程完成后,硅相富集區(qū)域w(Si)=0.85,遠(yuǎn)高??于當(dāng)前報(bào)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(guò)程中的各物理場(chǎng)的性質(zhì),??通過(guò)COMSOL對(duì)中間過(guò)程進(jìn)行模擬,深入了解其溫??度嘗流場(chǎng)以及電磁場(chǎng)的分布。??圖7為對(duì)電磁感應(yīng)精煉初晶桂與錯(cuò)桂合金的模??擬結(jié)果圖,圖7(a)為3?kHz頻率條件下的流場(chǎng)流動(dòng)??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(chǎng)分布模擬的結(jié)果圖,從圖中可以看??出,電磁場(chǎng)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(jì)算所得的集??膚深度結(jié)果一致。因此,模擬結(jié)果也說(shuō)明森田一樹??老師的分離機(jī)理存在一定的缺陷。??圖8硅從過(guò)共晶鋁硅熔體分離的機(jī)理和生長(zhǎng)過(guò)程??Fig.?.8?silicon?separation?mechanism?from?hypereutect
本文編號(hào):3584041
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