ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы О форме фронта и скорости кристаллизации из "Распределение примеси при направленной кристаллизации" При описании температурной неоднородности в системе слиток —расплав (см. 5 гл. I) доказывалось, что в отсутствие переноса тепла в направлении, перпендикулярном продольной оси слитка, устойчива плоская форма фронта кристаллизации. В реальных условиях проявляется боковой теплоотвод, это приводит к искривлению фронта кристаллизации. [c.43] 9) или, напротив, входить в него. [c.43] СТИ стенок контейнера расплавом в конусной части расплава образует бугорок . В положении 2 левый конец контейнера уже вышел из нагревателя, но кристаллизация еще не началась ввиду значительного перегрева расплава. Начинается она в положении 3, когда в начале конусной части контейнера возникают частицы твердого тела и кристаллизация очень быстро проходит по низу контейнера. Начало кристаллизации более детально показано на фрагментах а, б, в. Положения 4—6 соответствуют дальнейшей кристаллизации, которая заканчивается в положении 7. [c.44] Картина изменения стрелы прогиба в процессе направленной кристаллизации с вращением такая же, как и без вращения. При отсутствии затравки соблюдается условие (3.1), а с затравкой — (3.5) (рис. 11.14). Повыщение температуры нагревателя и скорости вытягивания увеличивает стрелу прогиба — соответственно условия (3.3) и (3.4). [c.47] В зависимости от скорости вытягивания (см. рис. П. 16). Однако последнее не является единственным соображением для оценки /шах- В дальнейшем этот вопрос будет затронут дополнительно. Здесь только отметим, что стрела прогиба фронта кристаллизации при скорости вытягивания контейнера 7 см/ч примерно совпадает с радиусом применяемого контейнера. [c.48] Когда в предыдущей главе мы говорили о скорости кристаллизации V, никаких недоразумений не возникало, поскольку речь шла о плоском фронте кристаллизации. В этом случае скорость кристаллизации V равна скорости перемещения линии фронта кристаллизации за единицу времени. В реальных условиях, как мы видим, ситуация более сложная стрела прогиба фронта кристаллизации по мере протекания процесса кристаллизации изменяется. Рассмотрим изменение величины к при направленной кристаллизации в горизонтальном направлении без вращения контейнера. Для количественной характеристики этого изменения введем дополнительные обозначения (рис. 11.17). [c.48] В случае (3.25) и (3.26) можно отождествить среднюю по фронту скорость кристаллизации N со скоростью направленной кристаллизации V. Но в методическом плане наибольший интерес представляет последний случай равенство скоростей кристаллизации и вытягивания упрощает исследование, так как отпадает необходимость в экспериментальном определении скорости кристаллизации. [c.50] Следовательно, в этом частном случае, когда зависимость к(д) линейна, средняя по фронту скорость кристаллизации постоянна в течение всего процесса направленной кристаллизации, но не равна скорости вытягивания, причем Ы и. Однако в соответствии с нелинейностью изменения к в конце процесса кристаллизации скорость кристаллизации в конце слитка изменяется— она всегда возрастает. Это возрастание, по нашим оценкам, наблюдается в конечной части слитка длиной 1—2 см. [c.51] Для экспериментальных данных, приведенных на рис. 11.11, 0=5,2 см, скорость вытягивания 2,26 см/ч, длина слитка 14,5 см. Расчет по формуле (3.29) дает N=2,76 см/ч. Следовательно, разница между скоростью вытягивания и средней скоростью кристаллизации существенна. Отметим, что соотношение между скоростями вытягивания и кристаллизации рассматривалось в работе [4]. Однако приведенный выше анализ несколько отличается от изложенного в работе [4]. [c.51] В табл. II.1 представлены результаты наблюдений за ходом процесса кристаллизации при разных температурах нагревателя. Направленную кристаллизацию осуществляли без затравки. Помимо стрелы прогиба фронта кристаллизации измеряли градиент температуры в расплаве у фронта кристаллизации. Величины к я Сь измеряли в середине слитка. В последней графе приведена средняя по фронту скорость кристаллизации, которая рассчитывалась по уравнению (3.29). Чем меньше температура нагревателя, тем больше средняя по фронту скорость кристаллизации приближается к скорости вытягивания, что также следует из (3.3). Поэтому для выполнения условия Л =6 опыты необходимо проводить при умеренной температуре нагревателя. [c.51] В дальнейшем, чтобы избежать различных обозначений, среднюю по фронту скорость кристаллизации будем обозначать через У М=и). [c.52] Мы довольно подробно рассмотрели кристаллизацию в горизонтальном направлении. Изменение угла наклона продольной оси контейнера к горизонту существенно меняет картину кристаллизации (рис. П.18). В случае кристаллизации снизу вверх (ф=90°) слитки получаются сплошными, фронт кристаллизации вогнут в сторону слитка. При уменьшении наклона контейнера фронт кристаллизации приобретает более асимметричную форму за счет изменения теплового поля. В случае горизонтальной кристаллизации, как уже отмечалось, фронт кристаллизации асимметричен, и вверху слитка образуется полость. Это обусловлено тем, что ЫаКОз при затвердевании уменьшает объем. [c.52] При кристаллизации без вращения контейнера можно визуально наблюдать характер конвективных потоков вблизи фронта кристаллизации, если ввести в расплав механические частицы, плотность которых близка к плотности расплава NaNOз. Эти наблюдения позволяют выявить картину конвективных потоков, которая показана на рис. П.18 стрелками. [c.53] После проведения направленной нристаллизации в нашем распоряжении находится удлиненный слиток. Для получения информации о кривой распределения из слитка необходимо отобрать пробы и определить в них содержание примеси. По виду отбора пробы следует выделить два способа полный отбор и частичный. Эти способы условны. Рассмотрим подробнее приемы, которые определяют содержание указанных способов. [c.54] Отметим, что построение кривой распределения с полным отбором пробы вовсе не означает разделку слитка на отдельные части. Так, если в эксперименте используется метод радиоактивных индикаторов и применяемый радиоактивный изотоп имеет достаточно жесткое излучение, то можно обойтись без разделки слитка на отдельные части и даже не извлекать его из контейнера Рмс. 11.20. Схема разделки слитка. (см., например, [9]). [c.54] Построение кривой распределения с частичным отбором пробы означает, что из слитка элемент, заключенный между двумя сечениями, соответствующими последовательным положениям фронта кристаллизации, отбирается для анализа не полностью, а частями. [c.55] В отличие от первого способа построение кривой распределения с частичным отбором пробы позволяет определить неравноценность участков фронта кристаллизации по от-нощенню к расплаву. Поэтому такая кривая может дать более обширную информацию о распределении примеси. В дальнейшем, если нет специальной оговорки, под кривой распределения понимается кривая, полученная полным отбором пробы. [c.55] Реальные кривые распределения весьма разнообразны. В самом общем случае можно выделить три разновидности (рис. И.21). Характерная особенность кривой распределения первого типа заключается в том, что в начальной части слитка 1/- 1 для кривой распределения второго типа в начальной части слитка г/ 1 в случае кривой распределения третьего типа всегда у—. Из общих соображений следует, что для кривых распределения первого, второго и третьего типов выполняются соответственно условия 1, А -1 и к=1. Помимо гладких кривых распределения могут быть периодические, которые на рис. 11.21 показаны штриховыми линиями. В этом случае к первому типу относим кривую, для которой ордината у=1 кривой распределегаия пересекается один раз, а до пересечения У 1. Для кривой распределения второго типа ордината у=1 также пересекается один раз, но до пересечения г/ 1. Кривая распределения третьего типа пересекает ординату у=1 больше одного раза и, как легко видеть, всегда имеет экстремумы (один или больше). [c.55] Следует также выделить особый вид начальной части кривых распределения (рис. 11.22). Здесь при й 1 в начале кривой распределения наблюдается минимум, а при к — максимум. Такой ход кривых распределения иногда наблюдается при проведении кристаллизации без затравки и может быть объяснен переохлаждением расплава. Влияние переохлаждения понятно кристаллизация по мере выдвижения контейнера из нагревателя начинается не сразу, а с некоторой задержкой, обусловленной отсутствием зародышей в расплаве, что и вызывает его переохлаждение в начальной части контейнера. После начала кристаллизации последняя протекает со значительной скоростью, и, следовательно, происходит сильный захват примеси. Правее экстремальной точки процесс кристаллизации стабилизируется. [c.56] Вернуться к основной статье