直拉硅单晶生长过程中工艺参数对相变界面形态的影响

为改善晶体相变界面形态，提高晶体品质，提出了一种融合浸入边界法（immersed boundary method，IBM）和格子Boltzmann法（lattice Boltzmann method，LBM）的二维轴对称浸入边界热格子Boltzmann模型来研究直拉法硅单晶生长中的相变问题.将相变界面视为浸没边界，用拉格朗日节点显式追踪相变界面；用LBM求解熔体中的流场和温度分布；用有限差分法求解晶体中的温度分布.实现了基于IB-LBM的动边界晶体生长过程研究.得到了不同晶体生长工艺参数作用下的相变界面，并用相变界面位置偏差绝对值的均值和偏差的标准差来衡量界面的平坦度，得到平坦相变界面对应工艺参数的调整方法.研究表明，相变过程与晶体提拉速度、晶体旋转参数和坩埚旋转参数的相互作用有关，合理地配置晶体旋转参数和坩埚旋转参数的比值，能够得到平坦的相变界面.     

晶体生长的缺陷机制

晶体生长是一个复杂的相变过程。自80年代以来,闵乃本及其研究组系统地研究了晶体生长的缺陷机制。在理论分析和实验观察的基础上,他们发展了晶体生长的位错机制（包括刃位错和混合位错机制）,层错机制,孪晶机制、重入角机制以及重入角生长和粗糙界面生长的协同机制。根据这些机制可以得出结论：任何可以在晶体生长表面提供台阶源的缺陷都能为晶体生长作出贡献,这些台阶源包括完全台阶和不完全台阶（亚台阶）,近年来,P.Bennema及其合作者系统地研究了在照相工业中广泛应用的卤化银和金属银的晶体生长机理,在大量实验事实和理论分析的基础上,他们认为亚台阶理论（称作闵氏理论）不仅可适用于溶液生长,也适用于气相生长的机理研究;不仅适于作理论分析,而且可用于寻求最佳生产条件的指导,亚台阶理论是晶体生长的一个普适理论,文章介绍了闵乃本及其研究组提出理论及P.Bennema研究组近年来在这方面的工作进展。     

Fe合金FCC-BCC原子尺度台阶型马氏体相界面迁移行为的分子动力学模拟研究

两相界面的原子尺度结构对相界面迁移行为具有重要影响.高分辨透射电子显微分析表明钢中马氏体相界面具有高度为若干原子层间距的台阶结构,然而目前Fe合金马氏体相变的模拟研究工作中绝大多数使用非台阶型相界面结构作为模拟初始模型.本文基于拓扑模型和相变位错理论构建了Fe合金FCC/BCC台阶型相界面初始模型,采用分子动力学模拟方法研究了Fe合金马氏体相界面的迁移行为.研究结果表明,当两相界面具有约束共格匹配关系及台阶结构时,体系发生FCC→BCC马氏体相变并呈现典型的非扩散切变特征;相变过程中FCC/BCC宏观尺度相界面沿其法线方向以(4.4±0.3)×10~2 m/s的速度迁移,且相界面在迁移过程中始终保持稳定的台阶结构和相对平直的宏观界面形貌特征;相变位错的滑移速度高达(2.8±0.2)×10~3 m/s,相变位错阵列沿台阶面的协同侧向滑移不仅是马氏体台阶结构宏观相界面迁移的微观机制,也是马氏体相变宏观形状应变的主要来源;采用分子动力学模拟方法获得的Fe合金马氏体相变晶体学特征参量与拓扑模型的解析解数值非常接近,相变产生的整体宏观形状应变由平行于相界面的剪切应变和垂直于相界面的法向应变两部分组成.     

Ni2MnGa单晶马氏体相变过程摩擦耗能的热动力学计算

根据相界面摩擦原理，在推导出计算Ni₂MnGa系统热动力学参量的一般表示式的基础上，结合马氏体相变温度分别在室温以下、室温附近、室温以上三种非正配分比Ni₂MnGa单晶自发相变应变和交流磁化率随温度变化的测量结果，计算了三种样品马氏体相变过程中界面摩擦所消耗的能量.结果进一步表明正是相变过程中的界面摩擦导致了相变的热滞后，而三种样品马氏体相变过程的摩擦耗能和相变热滞后存在较大差别的原因在于三种样品马氏体相变生成物具有不同的结构. 关键词： 马氏体相变 应变 界面摩擦     

非等温相变问题的双倒易边界元法求解

对铅-锡合金的相变问题,本文采用含扩展项的轴对称双倒易边界元方法计算了圆柱中界面沿轴向运动的非等温相变过程。与特定条件下解析解的比较,验证了该方法的正确性,为类似的晶体生长非等温相变问题提供了一种有效的求解方法。     

Ni2MnGa单晶马氏体相变过程摩擦耗能的热动力学计算

根据相界面摩擦原理 ,在推导出计算Ni2 MnGa系统热动力学参量的一般表示式的基础上 ,结合马氏体相变温度分别在室温以下、室温附近、室温以上三种非正配分比Ni2 MnGa单晶自发相变应变和交流磁化率随温度变化的测量结果 ,计算了三种样品马氏体相变过程中界面摩擦所消耗的能量 .结果进一步表明正是相变过程中的界面摩擦导致了相变的热滞后 ,而三种样品马氏体相变过程的摩擦耗能和相变热滞后存在较大差别的原因在于三种样品马氏体相变生成物具有不同的结构     

相变区硅薄膜拉曼和红外光谱分析

采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)技术制备了一系列不同氢稀释率下的硅薄膜，采用拉曼散射光谱和傅里叶红外光谱技术研究了非晶/微晶相变区硅薄膜的微观结构变化，将次晶结构(paracrystalline structure)引入到非晶/微晶相变区硅薄膜结构中，提出了次晶粒体积分数(f_p)，用来表征硅薄膜中程有序程度。结果表明，氢稀释率的提高导致硅薄膜经历了从非晶硅到微晶硅的相变过程，在相变区靠近非晶相的一侧，硅薄膜表现出氢含量高、结构致密和中程有序度高等特性，氢在薄膜的生长中主要起到表面钝化作用。在相变区靠近微晶相的一侧，硅薄膜具有氢含量低、晶化率高和界面体积分数小等特性，揭示了氢的刻蚀作用主控了薄膜生长过程。采用扫描电子显微镜对样品薄膜的表面形貌进行分析，验证了拉曼散射光谱和傅里叶红外光谱的分析结果。非晶/微晶相变区尤其是相变区边缘硅薄膜结构特性优良，在太阳能电池应用中适合用作硅基薄膜电池本征层。     

榴辉岩形成过程中石榴石生长的实验研究

 在2.0～3.0 GPa、860～980 ℃、加温时间0.57～13.07 h的条件下,研究了粗面玄武岩、安山岩—榴辉岩相变过程中的石榴石生长。这一过程中的石榴生长为正常晶体生长。石榴石粒径随时间而增大,其生长速率随粒径增大而减小。粗面玄武岩—榴辉岩相变过程中的石榴石生长速率大于安山岩—榴辉岩相变过程中的石榴石生长速率,实验样品的初始化学成分及挥发份含量的不同造成了这一差别。在变质作用初期,界面是控制晶体生长的主要因素。     

方腔内相变材料固液相变传热研究

基于相变材料(PCM,phase change material)的相变储能设备具有储能密度高的特点。本文建立了基于相变储能元件伪焓模型的固液相变格子Boltzmann模型,研究了内部管道位置、方腔倾斜角度对PCM融化过程的影响规律。结果表明,在内管道靠近方腔上部时,由于上部界面(固液相变界面或上壁面)对自然对流阻碍作用,使PCM的融化速率减慢。但是,在此时使方腔发生倾斜,会改变管道热流体到上部界面的距离,强化PCM的热质传递过程,使融化加快。     

纳秒尺度金属熔化相变数值模拟及实验验证

本文基于非均匀成核相变动力学理论和热传导方程研究了在极快速升温(10¹²K/s)条件下金属达到过热状态后发生熔化相变时,通过金属/光学窗口界面温度的演化历史研究了金属内部温度的变化情况.分析结果表明,当金属内部无熔化发生时,界面温度将很快达到平衡,此变化满足理想接触界面模型;而当金属内部有熔化发生时,界面温度受熔化速率的影响不能立即达到平衡而是经历了一个下降的弛豫过程.计算结果与实验观测结果进行比较后发现两者符合得较好,由此可以获得金属在高压下的熔化速率,熔化温度等相关信息.本文的研 关键词： 相变动力学 热传导 金属铁 冲击波