| | Асп. Елекоева К.М., к.ф.-м.н. Гринюк В.М. Кафедра фізики. Північно-Кавказький гірничо-металургійний інститут (державний технологічний університет) Показано, що внесок перемішування в реальне значення коефіцієнта розподілу залежить від напруженості поля, що створює електропереносу і глибини дифузії домішки в рідкій зоні. У роботах [1 - 5] зазначалося підвищення ступеня рафінування при зонної плавці з ВЧ-індуктором при пропущенні через розплав постійного або змінного струму. Це пояснювалося електропереносу в розплаві або явищем Пельтье на кордоні твердої і рідкої фаз рафініруемого злитка. Для звичайних неполупроводнікових матеріалів вказувалося на домінуючу роль електроперенноса в розплаві. Інші механізми, зокрема, перемішування рідкої зони, через взаємодії електромагнітного поля ВЧ-індуктора і струму, передбачалися ймовірними, але спеціально не досліджувалися. Позитивна дія можливого електромагнітного перемішування в рідкій зоні за даними пфанн і Дорсі [2] вимагає уточнення по реальну причину захоплення домішок фронтом кристалізації [3,4]. При цьому можливо не тільки погіршення очищення від домішок, але і забруднення нею рафініруемого злитка. Величина коефіцієнта розподілу КЕФ при цьому може зростати, що відзначалося в роботі [3] для рафініруемой системи вісмут-олово. Але кількісна оцінка такого зростання в цій роботі не проводилася. Метою цієї роботи було з'ясування кількісного внеску електромагнітного перемішування в реальне значення ефективного коефіцієнта розподілу домішки і його залежності від основних параметрів, включаючи швидкість процесу та глибину дифузії в рідкій зоні. Досягнення мети, зазначеної вище, зручно почати з розгляду залежностей ефективного коефіцієнта розподілу КЕФ домішки Sn в системі Bi-Sn від швидкості переміщення фронту кристалізації R при різних значеннях напруженості електричного поля Е, що викликає струм через розплав і глибини дифузії δ за експериментальними даними [3] . Ці залежності наведені на малюнку, на якому залежність 1 відповідає процесу Е = 1в · см-1, δ = 0,4 D; криві 2,4 - значенням Е = 1В · см-1, δ = 0,1 D і Е =-1В · см-1, δ = 0,4 D відповідно, де D - коефіцієнт дифузії домішки в розплаві. Криві 3,5 були розраховані з теорії Прима-Бартона-Сліхтера при Е = 0, δ → 0 і теорії процесу [4] з електропереносу в розплаві, так що КЕФ = КЕФ (К0, Е, δ), де К0 = КЕФ min . З урахуванням залежностей на малюнку можна ввести в розгляд фактор перeмешіванія Pik, де i, k - індекси, що відповідають номерам кривих на малюнку. При цьому i відповідає експериментальній кривій, k - опорної теоретичної залежності. Величина Pik буде дорівнює площі області розшарування графіка КЕФ = КЕФ (К0, Е, δ) через добавки механізму перемішування для i-й експериментальної кривої. На малюнку ці області розшарування заштриховані різна залежно від виду процесу для даних параметрів К0, Е, δ. У рамках прийнятої вище теоретичної моделі , (1) де - експериментальні та теоретичні параметри в співвідношенні (1) будуть функціями магнітних і електричних характеристик зовнішнього поля. Відповідно до (1) і нашої теоретичною моделлю отримаємо рівність для знаходження величини Рik у вигляді: . (2) У таблиці наведені отримані зі співвідношення (2) значення Рik для трьох процесів зонної очищення в системі вісмут-олово за даними роботи [3]. Процес, параметри | К0min | Область інтегрування, R0, R0 + ΔR, μ · с-1 | Рik | Без перемішування Е = 0, δ = 0 | ~ 0 | 0 - 50 | 0 | Перемішування з ЕМ-полем Е = 1В · см-1, δ = 0,4 D | 0,45 | 0 - 50 | 0,14 | Перемішування з ЕМ-полем Е = 1В · см-1, δ = 0,4 D | 0,35 | 0 - 50 | 0,03 |
З розгляду даних таблиці видно, що фактор електромагнітного перемішування при зонної очищенню з накладеним електричним полем залежить від полярності прикладеної поля. При Е> 0 величина Рik максимальна, що відповідає і гіршою ступеня очищення при даній полярності поля. Треба думати, що це пов'язано з припливу іонів домішки в область фронту кристалізації і захопленням її в рафініруемую частина злитка. Тут у всьому діапазоні швидкостей кристалізації значення величини Кефmin = К0 більше, ніж у відсутність перемішування. Цікаво відзначити, що при зміні полярності при Е <0, навпаки, КЕФ мінімально і К0 = К0min. Це відповідає зворотного руху домішки від фронту кристалізації в центр рідкої зони та кращому очищенню злитка від домішки. Тут фактор перемішування Рik = 0,03, тобто мінімальний і кращий ефект очищення досяжний НЕ перемішуванням, а домінуючим електропереносу домішки в центр рідкої зони, що вже зазначалося раніше в роботі [4]. Таким чином, пропонована вище теоретична модель електромагнітного перемішування на основі введеного фактора перемішування добре описує раніше відому експериментальну інформацію з зонної очищення за електропереносу в розплаві. Список літератури Гринюк В.М., папіром І.І., Тіхінскій Г.Ф., Дьяков І.Г. / / Изв. АН СРСР, Метали, 4, 405, 1967. Pfann W., Dorsi. Rev Scient.Instr.28, 720, 1957 Verhoeven J. / / Тrans. AIME, 233, 1156, 1962. Гринюк В.М. Електропереносу і електрорафінорованіе в берилію. Автореф. дис. канд. фіз.-мат. наук. Харків, 1974. Shoub B., Potard С. Conf. Inter. Sur la Mét. du berullium, Grenoble, 1965. Pres. Univ. de France, Paris, 1966. |