Prosés dasar tinaSiCTumuwuhna kristal dibagi kana sublimasi sareng dékomposisi bahan baku dina suhu anu luhur, transportasi zat fase gas dina aksi gradien suhu, sareng kamekaran rekristalisasi zat fase gas dina kristal siki. Dumasar kana ieu, interior wadah dibagi kana tilu bagian: daérah bahan baku, ruang tumuwuh sareng kristal siki. Modél simulasi numerik digambar dumasar kana résistif anu saleresna.SiCalat pertumbuhan kristal tunggal (tingali Gambar 1). Dina itungan: handapeunwadahjarakna 90 mm ti handapeun pemanas sisi, suhu luhur wadahna nyaéta 2100 ℃, diaméter partikel bahan baku nyaéta 1000 μm, porositasna 0,6, tekanan kamekaran nyaéta 300 Pa, sareng waktos kamekaran nyaéta 100 jam. Kandel PG nyaéta 5 mm, diaméterna sami sareng diaméter jero wadahna, sareng ayana 30 mm di luhur bahan baku. Prosés sublimasi, karbonisasi, sareng rekristalisasi zona bahan baku dipertimbangkeun dina itungan, sareng réaksi antara PG sareng zat fase gas henteu dipertimbangkeun. Parameter sipat fisik anu aya hubunganana sareng itungan dipidangkeun dina Tabel 1.
Gambar 1 Modél itungan simulasi. (a) Modél médan termal pikeun simulasi kamekaran kristal; (b) Pambagian daérah internal wadah sareng masalah fisik anu aya hubunganana
Tabel 1 Sababaraha parameter fisik anu dianggo dina itungan
Gambar 2(a) nunjukkeun yén suhu struktur anu ngandung PG (dilambangkeun salaku struktur 1) langkung luhur tibatan struktur bébas PG (dilambangkeun salaku struktur 0) di handap PG, sareng langkung handap tibatan struktur 0 di luhur PG. Gradien suhu sakabéhna ningkat, sareng PG bertindak salaku agén insulasi panas. Numutkeun Gambar 2(b) sareng 2(c), gradien suhu aksial sareng radial struktur 1 dina zona bahan baku langkung alit, distribusi suhu langkung seragam, sareng sublimasi bahan langkung lengkep. Teu sapertos zona bahan baku, Gambar 2(c) nunjukkeun yén gradien suhu radial dina kristal siki struktur 1 langkung ageung, anu tiasa disababkeun ku babandingan anu béda tina modeu transfer panas anu béda, anu ngabantosan kristal tumbuh kalayan antarmuka konveks. Dina Gambar 2(d), suhu dina posisi anu béda dina wadah nunjukkeun tren anu ningkat nalika pertumbuhan maju, tapi bédana suhu antara struktur 0 sareng struktur 1 laun-laun turun dina zona bahan baku sareng laun-laun ningkat dina ruang pertumbuhan.
Gambar 2 Distribusi suhu sareng parobahan dina wadah. (a) Distribusi suhu di jero wadah struktur 0 (kénca) sareng struktur 1 (katuhu) dina jam 0, unit: ℃; (b) Distribusi suhu dina garis tengah wadah struktur 0 sareng struktur 1 ti handapeun bahan baku ka kristal siki dina jam 0; (c) Distribusi suhu ti tengah ka ujung wadah dina permukaan kristal siki (A) sareng permukaan bahan baku (B), tengah (C) sareng handap (D) dina jam 0, sumbu horizontal r nyaéta radius kristal siki pikeun A, sareng radius daérah bahan baku pikeun B~D; (d) Parobahan suhu di tengah bagian luhur (A), permukaan bahan baku (B) sareng tengah (C) tina ruang pertumbuhan struktur 0 sareng struktur 1 dina jam 0, 30, 60, sareng 100.
Gambar 3 nunjukkeun transportasi bahan dina waktos anu béda dina wadah struktur 0 sareng struktur 1. Laju aliran bahan fase gas di daérah bahan baku sareng ruang pertumbuhan ningkat kalayan ningkatna posisi, sareng transportasi bahan ngaleuleuskeun nalika pertumbuhan maju. Gambar 3 ogé nunjukkeun yén dina kaayaan simulasi, bahan baku mimitina ngagrafitisasi dina témbok sisi wadah teras di handapeun wadah. Salaku tambahan, aya rekristalisasi dina permukaan bahan baku sareng laun-laun kandel nalika pertumbuhan maju. Gambar 4(a) sareng 4(b) nunjukkeun yén laju aliran bahan di jero bahan baku nurun nalika pertumbuhan maju, sareng laju aliran bahan dina 100 jam sakitar 50% tina momen awal; kumaha oge, laju aliran relatif ageung di ujung kusabab grafitisasi bahan baku, sareng laju aliran di ujung langkung ti 10 kali lipat tina laju aliran di daérah tengah dina 100 jam; Salian ti éta, pangaruh PG dina struktur 1 ngajantenkeun laju aliran bahan di daérah bahan baku struktur 1 langkung handap tibatan struktur 0. Dina Gambar 4(c), aliran bahan di daérah bahan baku sareng ruang pertumbuhan laun-laun ngaleuleuskeun nalika pertumbuhan maju, sareng aliran bahan di daérah bahan baku terus turun, anu disababkeun ku dibukana saluran aliran hawa di ujung wadah sareng halangan rekristalisasi di luhur; dina ruang pertumbuhan, laju aliran bahan struktur 0 turun gancang dina 30 jam awal dugi ka 16%, sareng ngan ukur turun 3% dina waktos salajengna, sedengkeun struktur 1 tetep relatif stabil sapanjang prosés pertumbuhan. Ku alatan éta, PG ngabantosan pikeun nyetabilkeun laju aliran bahan dina ruang pertumbuhan. Gambar 4(d) ngabandingkeun laju aliran bahan di payun pertumbuhan kristal. Dina momen awal sareng 100 jam, transportasi bahan dina zona pertumbuhan struktur 0 langkung kuat tibatan dina struktur 1, tapi sok aya daérah laju aliran anu luhur di ujung struktur 0, anu nyababkeun pertumbuhan anu kaleuleuwihi di ujung. Ayana PG dina struktur 1 sacara efektif ngirangan fenomena ieu.
Gambar 3 Aliran bahan dina wadah. Ngarampingkeun (kénca) sareng véktor laju (katuhu) tina transportasi bahan gas dina struktur 0 sareng 1 dina waktos anu béda, unit véktor laju: m/s
Gambar 4 Parobahan dina laju aliran bahan. (a) Parobahan dina distribusi laju aliran bahan di tengah bahan baku struktur 0 dina 0, 30, 60, sareng 100 jam, r nyaéta radius daérah bahan baku; (b) Parobahan dina distribusi laju aliran bahan di tengah bahan baku struktur 1 dina 0, 30, 60, sareng 100 jam, r nyaéta radius daérah bahan baku; (c) Parobahan dina laju aliran bahan di jero rohangan kamekaran (A, B) sareng di jero bahan baku (C, D) struktur 0 sareng 1 kana waktu; (d) Distribusi laju aliran bahan caket permukaan kristal siki struktur 0 sareng 1 dina 0 sareng 1, r nyaéta radius kristal siki
C/Si mangaruhan stabilitas kristalin sareng kapadetan cacad tina kamekaran kristal SiC. Gambar 5(a) ngabandingkeun distribusi babandingan C/Si tina dua struktur dina momen awal. Babandingan C/Si laun-laun turun ti handap ka luhur wadah, sareng babandingan C/Si struktur 1 salawasna langkung luhur tibatan struktur 0 dina posisi anu béda. Gambar 5(b) sareng 5(c) nunjukkeun yén babandingan C/Si laun-laun ningkat sareng kamekaran, anu aya hubunganana sareng paningkatan suhu internal dina tahap kamekaran salajengna, paningkatan grafitisasi bahan baku, sareng réaksi komponén Si dina fase gas sareng wadah grafit. Dina Gambar 5(d), babandingan C/Si struktur 0 sareng struktur 1 rada béda di handap PG (0, 25 mm), tapi rada béda di luhur PG (50 mm), sareng bédana laun-laun ningkat nalika ngadeukeutan kristal. Sacara umum, babandingan C/Si struktur 1 langkung luhur, anu ngabantosan nyetabilkeun bentuk kristal sareng ngirangan kamungkinan transisi fase.
Gambar 5 Distribusi sareng parobahan babandingan C/Si. (a) Distribusi babandingan C/Si dina wadah struktur 0 (kénca) sareng struktur 1 (katuhu) dina jam 0; (b) Babandingan C/Si dina jarak anu béda ti garis tengah wadah struktur 0 dina waktos anu béda (0, 30, 60, 100 jam); (c) Babandingan C/Si dina jarak anu béda ti garis tengah wadah struktur 1 dina waktos anu béda (0, 30, 60, 100 jam); (d) Babandingan babandingan C/Si dina jarak anu béda (0, 25, 50, 75, 100 mm) ti garis tengah wadah struktur 0 (garis padet) sareng struktur 1 (garis putus-putus) dina waktos anu béda (0, 30, 60, 100 jam).
Gambar 6 nunjukkeun parobahan diaméter partikel sareng porositas daérah bahan baku tina dua struktur. Gambar éta nunjukkeun yén diaméter bahan baku nurun sareng porositas ningkat caket témbok wadah, sareng porositas ujung terus ningkat sareng diaméter partikel terus turun nalika kamekaran maju. Porositas ujung maksimum sakitar 0,99 dina 100 jam, sareng diaméter partikel minimum sakitar 300 μm. Diaméter partikel ningkat sareng porositas turun dina permukaan luhur bahan baku, saluyu sareng rekristalisasi. Ketebalan daérah rekristalisasi ningkat nalika kamekaran maju, sareng ukuran partikel sareng porositas terus robih. Diaméter partikel maksimum ngahontal langkung ti 1500 μm, sareng porositas minimum nyaéta 0,13. Salaku tambahan, kumargi PG ningkatkeun suhu daérah bahan baku sareng supersaturasi gas alit, ketebalan rekristalisasi bagian luhur bahan baku struktur 1 alit, anu ningkatkeun tingkat panggunaan bahan baku.
Gambar 6 Parobahan diaméter partikel (kénca) sareng porositas (katuhu) tina daérah bahan baku struktur 0 sareng struktur 1 dina waktos anu béda, unit diaméter partikel: μm
Gambar 7 nunjukkeun yén struktur 0 melengkung dina awal kamekaran, anu tiasa aya hubunganana sareng laju aliran bahan anu kaleuleuwihi anu disababkeun ku grafitisasi ujung bahan baku. Darajat melengkungna dilemahkeun salami prosés kamekaran salajengna, anu saluyu sareng parobahan laju aliran bahan di payun kamekaran kristal struktur 0 dina Gambar 4 (d). Dina struktur 1, kusabab pangaruh PG, antarmuka kristal henteu nunjukkeun melengkung. Salaku tambahan, PG ogé ngajantenkeun laju kamekaran struktur 1 sacara signifikan langkung handap tibatan struktur 0. Ketebalan tengah kristal struktur 1 saatos 100 jam ngan ukur 68% tina struktur 0.
Gambar 7 Parobahan antarbeungeut kristal struktur 0 sareng struktur 1 dina 30, 60, sareng 100 jam
Tumuwuhna kristal dilaksanakeun dina kaayaan prosés simulasi numerik. Kristal anu dipelak ku struktur 0 sareng struktur 1 dipidangkeun dina Gambar 8(a) sareng Gambar 8(b), masing-masing. Kristal struktur 0 nunjukkeun antarmuka cekung, kalayan undulasi di daérah tengah sareng transisi fase di sisi. Konveksitas permukaan ngagambarkeun tingkat inhomogenitas anu tangtu dina transportasi bahan fase gas, sareng kajadian transisi fase pakait sareng rasio C/Si anu handap. Antarmuka kristal anu dipelak ku struktur 1 rada cembung, teu aya transisi fase anu kapendak, sareng ketebalanna 65% tina kristal tanpa PG. Sacara umum, hasil pertumbuhan kristal pakait sareng hasil simulasi, kalayan bédana suhu radial anu langkung ageung dina antarmuka kristal struktur 1, pertumbuhan anu gancang di sisi ditindas, sareng laju aliran bahan sacara umum langkung laun. Trend sacara umum saluyu sareng hasil simulasi numerik.
Gambar 8 Kristal SiC anu tumuwuh dina struktur 0 sareng struktur 1
Kacindekan
PG kondusif pikeun ningkatkeun suhu sakabéh daérah bahan baku sareng ningkatkeun keseragaman suhu aksial sareng radial, ngamajukeun sublimasi pinuh sareng panggunaan bahan baku; bédana suhu luhur sareng handap ningkat, sareng gradien radial permukaan kristal siki ningkat, anu ngabantosan ngajaga kamekaran antarmuka konveks. Dina hal transfer massa, diwanohkeun PG ngirangan laju transfer massa sakabéhna, laju aliran bahan dina ruang pertumbuhan anu ngandung PG robih kirang sareng waktos, sareng sakabéh prosés pertumbuhan langkung stabil. Dina waktos anu sami, PG ogé sacara efektif ngahambat kajadian transfer massa ujung anu kaleuleuwihi. Salaku tambahan, PG ogé ningkatkeun rasio C/Si lingkungan pertumbuhan, khususna di ujung payun antarmuka kristal siki, anu ngabantosan ngirangan kajadian parobahan fase salami prosés pertumbuhan. Dina waktos anu sami, pangaruh insulasi termal PG ngirangan kajadian rekristalisasi di bagian luhur bahan baku dugi ka tingkat anu tangtu. Pikeun pertumbuhan kristal, PG ngalambatkeun laju pertumbuhan kristal, tapi antarmuka pertumbuhan langkung konveks. Ku kituna, PG mangrupikeun cara anu efektif pikeun ningkatkeun lingkungan kamekaran kristal SiC sareng ngaoptimalkeun kualitas kristal.
Waktos posting: 18 Juni 2024