Электромагнитное перемешивание в системе висмут–олово при бестигельной зонной плавке с индукционным нагревом
Асп. Елекоева К.М., к.ф.-м.н. Гринюк В.Н.
Кафедра физики.
Северо-Кавказский горно-металлургический институт (государственный технологический университет)
Показано, что вклад перемешивания в реальное значение коэффициента распределения зависит от напряженности поля, создающего электроперенос и глубины диффузии примеси в жидкой зоне.
В работах [1 – 5] отмечалось повышение степени рафинирования при зонной плавке с ВЧ-индуктором при пропускании через расплав постоянного или переменного тока. Это объяснялось электропереносом в расплаве или явлением Пельтье на границе твердой и жидкой фаз рафинируемого слитка. Для обычных неполупроводниковых материалов указывалось на доминирующую роль электроперенноса в расплаве. Другие механизмы, в частности, перемешивание жидкой зоны, по причине взаимодействия электромагнитного поля ВЧ-индуктора и тока, предполагались вероятными, но специально не исследовались. Положительное действие возможного электромагнитного перемешивания в жидкой зоне по данным Пфанна и Дорси [2] требует уточнения по реальной причине захвата примесей фронтом кристаллизации [3,4]. При этом возможно не только ухудшение очистки от примеси, но и загрязнение ею рафинируемого слитка. Величина коэффициента распределения Кэф при этом может возрастать, что отмечалось в работе [3] для рафинируемой системы висмут–олово. Но количественная оценка такого возрастания в этой работе не проводилась.
Целью настоящей работы было выяснение количественного вклада электромагнитного перемешивания в реальное значение эффективного коэффициента распределения примеси и его зависимости от основных параметров, включая скорость процесса и глубину диффузии в жидкой зоне.
Достижение цели, обозначенной выше, удобно начать с рассмотрения зависимостей эффективного коэффициента распределения Кэф примеси Sn в системе Bi–Sn от скорости перемещения фронта кристаллизации R при разных значениях напряженности электрического поля Е, вызывающего ток через расплав и глубины диффузии δ по экспериментальным данным [3]. Эти зависимости приведены на рисунке, на котором зависимость 1 отвечает процессу Е = 1в·см-1, δ = 0,4D; кривые 2,4 – значениям Е = 1В·см-1, δ = 0,1D и Е = -1В·см-1, δ = 0,4D соответственно, где D – коэффициент диффузии примеси в расплаве. Кривые 3,5 были рассчитаны по теории Прима-Бартона-Слихтера при Е = 0, δ→0 и теории процесса [4] с электропереносом в расплаве, так что Кэф = Кэф (К0,Е, δ), где К0=Кэф min.
С учетом зависимостей на рисунке можно ввести в рассмотрение фактор перeмешивания Pik, где i, k – индексы, отвечающие номерам кривых на рисунке. При этом i соответствует экспериментальной кривой, k – опорной теоретической зависимости. Величина Pik будет равна площади области расслоения графика Кэф = Кэф (К0,Е,δ) из-за добавки механизма перемешивания для i-й экспериментальной кривой. На рисунке эти области расслоения заштрихованы различно в зависимости от вида процесса для данных параметров К0,Е, δ.
В рамках принятой выше теоретической модели
, (1)
где – экспериментальные и теоретические параметры в соотношении (1) будут функциями магнитных и электрических характеристик внешнего поля.
В соответствии с (1) и нашей теоретической моделью получим равенство для нахождении величины Рik в виде:
. (2)
В таблице приведены полученные из соотношения (2) значения Рik для трех процессов зонной очистки в системе висмут–олово по данным работы [3].
Процесс, параметры |
К0min |
Область интегрирования, R0, R0+ΔR, μ·с-1 |
Рik |
Без перемешивания
Е=0, δ=0
|
~0 |
0 – 50 |
0 |
Перемешивание с ЭМ-полем
Е = 1В·см-1, δ = 0,4D
|
0,45 |
0 – 50 |
0,14 |
Перемешивание с ЭМ-полем
Е = 1В·см-1, δ = 0,4D
|
0,35 |
0 – 50 |
0,03 |
Из рассмотрения данных таблицы видно, что фактор электромагнитного перемешивания при зонной очистке с наложенным электрическим полем зависит от полярности приложенного поля. При Е>0 величина Рik максимальная, что отвечает и худшей степени очистки при данной полярности поля. Надо полагать, что это связано с притоком ионов примеси в область фронта кристаллизации и захватом ее в рафинируемую часть слитка. Здесь во всем диапазоне скоростей кристаллизации значение величины Кэфmin=К0 больше, чем в отсутствие перемешивания. Интересно отметить, что при перемене полярности при Е<0 , наоборот, Кэф минимально и К0 = К0min. Это соответствует обратному движению примеси от фронта кристаллизации в центр жидкой зоны и лучшей очистке слитка от примеси. Здесь фактор перемешивания Рik=0,03, т.е минимален и лучший эффект очистки достижим не перемешиванием, а доминирующим электропереносом примеси в центр жидкой зоны, что уже отмечалось ранее в работе [4].
Таким образом, предлагаемая выше теоретическая модель электромагнитного перемешивания на основе введенного фактора перемешивания хорошо описывает ранее известную экспериментальную информацию по зонной очистке с электропереносом в расплаве.
Список литературы
Гринюк В.Н., Папиров И.И., Тихинский Г.Ф., Дьяков И.Г. // Изв. АН СССР, Металлы, 4, 405, 1967.
Pfann W., Dorsi. Rev Scient.Instr.28, 720, 1957
Verhoeven J. // Тrans. AIME, 233, 1156, 1962.
Гринюк В.Н. Электроперенос и электрорафинорование в бериллии. Автореф. дис. канд. физ.-мат. наук. Харьков, 1974.
Shoub B., Potard С. Conf. Inter. Sur la Mét. du berullium, Grenoble, 1965. Pres. Univ. de France, Paris, 1966.
Другие работы по теме:
Олово
Олово - один из немногих металлов, известных человеку еще с доисторических времен. Олово и медь были открыты раньше железа, а сплав их, бронза, - первый "искусственный" материал, приготовленный человеком. Получение олова из руд, соединения с неметаллами.
Периодическая система химических элементов Д.И. Менделеева
периоды VIII 1,0079 Водород 4,0026 Гелий 6,939 Литий 9,0122 Бериллий 10,811 12,01115 Углерод 14,0067 Азот 15,9994 Кислород 18,9984 Фтор 20,179 Неон 22,9898
Литий
(от греч. lithos — камень) — химический элемент I группы периодической системы Д. И. Менделеева, порядковый номер 3, атомная масса 6,941, относится к щелочным металлам. В природе встречается два стабильных изотопа:
Перемешивание жидких сред
Перемешивание жидких сред как процесс многократного относительного перемешивания макроскопических элементов объема жидкой среды под действием импульса. Назначение и этапы данного процесса, типы и направления, определение расхода энергии на него.
Астат
АСТАТ (лат. Astatium), астатин, Аt - радиоактивный химический элемент VII группы периодической системы Менделеева, атомный номер 85. Стабильных изотопов у астата нет; известно не менее 20 радиоактивных изотопов астата, из которых наиболее долгоживущий
Электромагнитное взаимодействие
Электромагнитное взаимодействие Мир состоит из взаимодействующих частиц. Всё, что мы видим, построено из элементарных частиц, есть такие кирпичики мироздания. На макроскопическом уровне много взаимодействий, на самом деле, в основании всего лежит четыре типа фундаментальных взаимодействий.
Получение арсенида галлия
Металлургические свойства арсенида галлия - химического соединения галлия и мышьяка. Полупроводниковые приборы на его основе. Выращивание кристаллов, направленная кристаллизация. Проведение зонной плавки дополнительной очистки и получения монокристалла.
Построение зонной структуры по заданным направлениям в зоне Брюллюэна
Домашняя работа Построение зонной структуры по заданным направлениям в зоне Брюллюэна Выполнил: Гумбатов К.C. Москва 2008 . Содержание задания №1 Построить зонную структуру по заданным направлениям в зоне Брюллюэна E(k) вблизи энергий Ev max и Ec min. Указать на ней положение примесных акцепторных состояний EA и значения эффективных масс для основных носителей заряда mp*.
Построение зонной структуры по заданным направлениям в зоне Брюллюэ
Домашняя работа Построение зонной структуры по заданным направлениям в зоне Брюллюэна Выполнил: Гумбатов К.C. Москва 2008 I. Содержание задания №1 Построить зонную структуру по заданным направлениям в зоне Брюллюэна E(k) вблизи энергий Ev max и Ec min. Указать на ней положение примесных акцепторных состояний EA и значения эффективных масс для основных носителей заряда mp*.
Свойства алюминия и его сплавов
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ УКРАИНЫ ДНЕПРОПЕТРОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Реферат по курсу СТОНХ на тему «Свойства алюминия и его сплавов» Выполнил: студент группы Кф-97-1
Пайка
Содержание . Физическая сущность пайки Капиллярная пайка Диффузионная пайка Контактно-реактивная пайка Реактивно-флюсовая пайка Пайка-сварка . Материалы для пайки
Десульфуризация
Цель работы: определить степень десульфуризации при плавке огарка заданного состава; по степени десульфуризации рассчитать количество и состав штейна, который получится при плавке.
Получение чернового свинца
Получение. Осн. источник получения свинца-сульфидные полиметаллич. руды. Селективной флотацией из руд, содержащих 1-5% Рb, получают свинцовые и др. концентраты. Свинцовый концентрат обычно содержит 40-75% Рb, 5-10% Zn, до 5% Сu, а также благородные металлы и Bi. Ок. 90% свинца получают по технологии, включающей стадии: агломерирующий обжиг сульфидных концентратов, шахтная восстановит. плавка агломерата и рафинирование чернового свинца.
Зонная плавка германия и кремния
Сущность метода зонной плавки. Физико-химические свойства германия. Применение германия в полупроводниковых приборах. Получение технического кремния восстановления природного диоксида SiO2 (кремнезем) в электрической дуге между графитовыми электродами.
О тождественности уровней
Обобщение теории относительности возможно на основе предположения об общей физической природе материи и энергии; исключительность скорости света при этом преодолевается, парадоксальным образом сохраняясь. Для взгляда наблюдателя электромагнитное излучение отличается от элементарных частиц "точкой зрения" наблюдателя, его "местом" в мире.
Алюминий 4
Алюминий - легкий металл, обладающий высокими тепло- и электропроводностью, стойкий к коррозии. В зависимости от степени частоты первичный алюминий согласно ГОСТ 11069-74 бывает особой (А999), высокой (А995, А95) и технической чистоты (А85, А7Е, АО и др.). Алюминий маркируют буквой А и цифрами, обозначающими доли процента свыше 99,0% Al; буква "Е" обозначает повышенное содержание железа и пониженное кремния.А999 - алюминий особой чистоты, в котором содержится не менее 99,999% Al;А5 - алюминий технической чистоты в котором 99,5% алюминия.
Оборудование для зонной плавки
Приминение бестигельной зонной плавки. Применение метода зонной плавки для глубокой очистки металлов, полупроводниковых материалов и других веществ. Оборудование для зонной плавки. Установки зонной плавки в контейнерах. Влияние электромагнитных полей.
Элементы зонной теории ()
Квантовая теория твердого тела объяснила существование тел различной природы (диэлектриков, полупроводников, металлов) и показала, что физическая картина межатомного взаимодействия непосредственно связана с особенностями электронного строения вещества
Влияние висмута на организм и жизнь человека
Висмут (лат. Bismuthum) – химический элемент V группы периодической системы Менделеева с атомным номером 83. Висмут это хрупкий, легкоплавкий металл серебристо-белого цвета с розовым оттенком.
Олово и никель в организме человека
Суточный пищевой рацион человека включает около 17 мг олова. Его содержание в растениях колеблется в широких пределах, наибольшее количество олова содержится в семенах подсолнечника и гороха.
Астрономия
Астрономия — наука о Вселенной и населяющих ее объектах: планетах, звездах и гигантских звездных системах — галактиках. Название этой древней науки, изучающей небесные тела, образовано от греческих слов "астрон" — звезда и "номос" — закон.
Вселенная
Когда говорят о Вселенной, обычно понимают под этим понятием небесные тела, космическое пространство и все то, что его заполняет: газ, пыль, электромагнитное излучение и т. д.
Правило октета
Атомы стремятся отдавать или принимать электроны до тех пор, пока в их внешнем слое не станет 8 электронов.
по Географии 5
Содержание Презентация Составление географической карты Тест Список литературы ТЕСТ ПО ГЕОГРАФИИ . Найдите ошибку в сочетании «Металл - район его производства»
Виды взаимодействия
Существует 4 не сводящихся друг к другу вида взаимодействий. Это гравитационное, электромагнитное, сильное и слабое. В физике причиной изменения движения тел является сила. Исследуя окружающий нас мир, мы можем заметить множество разнообразных сил: сила тяжести, сила сжатия пружины, сила, возникающая при столкновении тел, сила трения и другие.
Роберт Вильгельм Бунзен
Роберт Вильгельм Бунзен - известный немецкий химик, разработавший способы электролитического получения магния, алюминия, хрома, кальция и др.