晶体凝固过程微流动的实时观察研究

论文摘要

本文结合国家重点项目“985”子课题“微对流效应对组织结构的影响规律”中的科学实验研究内容,就熔体晶体生长过程中的微流动效应,进行了实时观察。在实验中首次采用最新式的浮雕相衬（RC）显微镜和纹影法光路相结合的方法,使得实时观察到的形貌图有良好的色泽和三维立体感;自行设计了柱型和方型两种型号的晶体生长室,研制了适合这两种晶体生长室的温度控制系统,在柱型晶体生长室中形成中心径向的温度梯度,在方型晶体生长室中形成横向的温度梯度,从而为发现新效应创造条件。 通过对薄层熔液凝固过程的实时记录,定性地观察和研究了液层中自然对流和非稳念强迫对流的典型特征,定量的描述了不同的晶体生长过程。借助于示踪粒子,在熔液中区分了表面张力对流效应和重力对流效应,并借助于理论方法定量研究了表面张力对流和重力对流的速度场,为Somboonsuk和Trivedo提出的Peclet数和胞枝转变相关性理论提供了有力的实验依据,得出当GLD/C0m（1-k0）V=0.5时,Peclet数达到最小值,此时即发生胞枝转变。在柱型晶体生长室中的实验进一步研究了对流对SCN晶体界面形貌稳定性的影响。通过测定两区域内晶体界面附近溶液中的溶质浓度,及分析晶体生长室内的对流状念,认为对流使得晶体表面附近溶液中的溶质浓度分布变得均匀,基于Chernov的补偿理论得出对流效应提高了界面稳定性的结论。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 论文工作的背景和意义
• 1.2 论文工作的创新点
• 参考文献
• 第二章 文献综述
• 2.1 晶体生长过程中的输运特性
• 2.1.1 研究晶体生长输运特性的意义
• 2.1.2 输运方程
• 2.1.3 界面稳念输运
• 2.1.4 动量和质量输运的相似性
• 2.1.5 能量和质量输运的相似性
• 2.2 晶体界面稳定性
• 2.2.1 晶体界面稳定性的定义
• 2.2.2 扩散机制下多面体晶界面形念稳定性
• 2.2.3 对流对界面稳定性的影响
• 2.2.4 实时观察法对界面稳定性研究
• 参考文献
• 第三章 晶体生长的实验方法
• 3.1 光学原理及系统
• 3.2 晶体生长实时观察系统
• 3.2.1 晶体生长系统
• 3.2.2 温度控制系统
• 3.2.3 显微观察系统
• 3.2.4 记录系统
• 参考文献
• 第四章 枝晶形成和演化的实时观察
• 4.1 引言
• 4.2 凝固过程中的不规则固液界面形貌
• 4.2.1 实验过程
• 4.2.2 实验结果及分析
• 4.2.3 结论
• 4.3 胞枝转变界面形态演化过程
• 4.3.1 理论推导
• 4.3.2 实验过程
• 4.3.3 实验结果分析
• 4.3.4 结论
• 参考文献
• 第五章 晶体生长过程的微流动效应
• 5.1 引言
• 5.2 微流动效应与固液界面稳定性分析
• 5.2.1 实验过程
• 5.2.2 晶体生长室中的自然对流
• 5.2.3 平界面失稳条件
• 5.2.4 强迫对流对平界面失稳条件的影响
• 5.2.5 结论
• 5.3 微流动效应对界面生长形态的影响
• 5.3.1 扩散-对流区和扩散-平流区在晶体生长室的分布
• 5.3.2 扩散-对流区和扩散-平流区内不同的界面生长形貌
• 5.3.3 微流动效应对界面生长形念的影响
• 参考文献
• 第六章 结论
• 致谢
• 发表论文和参加科研情况说明
• 西北工业大学 学位论文知识产权声明书
• 西北工业大学 学位论文原创性声明