Зонная плавка

    Дисциплина: Технические
    Тип работы: Курсовая
    Тема: Зонная плавка

    Министерство образования и науки Украины
    К У Р С О В А Я
    Р А Б О Т А
    по дисциплине
    «Физико-химическое
    рафинирование»
    на тему «Методы рафинирования зонной плавкой»
    Днепропетровск
    2005
    ОГЛАВЛЕНИЕ
    Введение
    …………………………………………………………………
    ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ПРАКТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕТОДА ЗОНННОЙ ПЛАВКИ………………………………………………… …..
    1.1. Процесс
    зонной плавки и его математическая модель…………….
    1.2. Методы и технические средства
    зонной плавки …………………...
    1.2.1. Тигельный способ зонной плавки……………………………..
    1.2.2.
    Бестигельный способ зонной плавки. Метод плавающей
    зоны……………………………………………………………..
    1.2.3.
    Непрерывная зонная очистка………………………………….
    1.2.4.
    Зонная плавка с градиентом температур……………………..
    ПРОМЫШЛЕННОЕ РАФИНИРОВАНИЕ ТУГОПЛАВКИХ
    МЕТАЛЛОВ ЗОНННОЙ ПЛАВКОЙ…………………………………….
    Расчёт распределения примеси В СЛИТКЕ ПРИ ОЧИСТКЕ ЗОННОЙ ПЛАВКОЙ………………………………………………………
    3.1. Расчёт распределения
    примеси
    слитке
    после
    зонной
    при исходной концентрации примеси 0,01мас.%................
    3.2. Расчёт распределения
    примеси
    слитке
    после
    зонной
    при исходной концентрации примеси 0,1 мас.% ................
    3.3. Расчёт распределения
    примеси
    слитке
    после
    зонной
    при исходной концентрации примеси 1,1мас.%.................
    3.4. Расчёт распределения
    примеси
    слитке
    после
    зонной
    при исходной концентрации примеси 2,1 мас.%................
    3.4. Расчёт распределения
    примеси
    слитке
    после
    зонной
    при исходной концентрации примеси
    3,1мас.%.................
    3.6. Определение эффективности рафинирования зонной плавкой……
    ВЫВОДЫ……………………………………………………………………
    ЛИТЕРАТУРА………………………………………………………………
    ВВЕДЕНИЕ
    С развитием высокотехнологических отраслей промышленности, среди которых электронная,
    авиационная, космическая, химическая и другие, возникла потребность в чистых и сверхчистых материалах, способных работать в условиях экстремально высоких
    температур, давлений, циклических нагрузок,
    агрессивных сред
    и т.д.
    Традиционные
    физико-химические методы очистки материалов, включая металлургическую переработку, не позволяли достичь желаемого эффекта. Поэтому опубликованные в
    1952 году Пфанном
    результаты по очистке германия зонной плавкой [1] были значимым событием,
    открывшем новые возможности в области рафинирования полупроводников и металлов.
    Процесс рафинирования зонной плавкой основан на различии растворимости примеси в твёрдом веществе и расплаве [1]. Достоинством
    метода является простота аппаратурного оформления, сравнительно невысокие температуры проведения процесса и высокая эффективность очистки. Например, в
    германии, очищенном зонной плавкой, содержание примесей может составлять порядка 10
    -8 %.
    В связи с этим
    всё большее количество материалов ответственного назначения проходит очистку зонной плавкой, оригинальным вариантом которой является низкотемпературная зонная
    плавка, используемая для глубокой очистки жидких веществ при температуре, близкой к их точке замерзания
    [2].
    Накопленный опыт экспериментальных исследований зонной плавки позволил перейти к промышленному освоению этого процесса и
    осуществлению рафинирования не только полупроводников, но и металлов, в том числе
    тугоплавких. Положительные результаты очистки материалов зонной плавкой
    свидетельствуют о
    перспективности
    этого метода,
    основы которого
    излагаются в
    курсовой работе.
    1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ПРАКТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕТОДА ЗОНННОЙ ПЛАВКИ
    1.1.
    Процесс
    зонной плавки и его математическая модель
    Зонная плавка является одним из наиболее эффективных и производительных методов глубокой очистки. При его реализации перед началом
    кристаллизации расплавляется не весь твердый образец (рис.1.1 ), а только узкая зона, которую медленно перемещают вдоль слитка.
    Происходит постепенное расплавление отдельных участков образца, находящихся в зоне нагревания. Примеси, содержащиеся в образце, накапливаются в жидкой фазе,
    вместе с ней передвигаются и по окончании плавки оказываются в конце образца. Для достижения высокой степени очистки
    зонную плавку повторяют многократно.
    Рис. 1.1 - Схема зонной плавки:
    1- нерафинированный твердый металл; 2- жидкий металл;
    3- рафинированный твёрдый металл; 4- нагреватель; 5- направление перемещения
    нагревателя
    Эффективность
    зонной плавки можно выразить математически через
    параметры процесса (длина зоны и слитка, число проходов) и характеристику материала – коэффициент распределения k, представляющий собой отношение
    концентрации примеси в затвердевающей фазе С
    тв к её концентрации в массе жидкости С
    Большинство примесей обладает хорошей растворимостью в жидкой фазе по сравнению с твердой. В этом случае равновесный коэффициент распределения k
    0=С
    тв/С
    ж1 (С
    тв и С
    ж определяется по диаграмме состояния). Поэтому по мере продвижения зона плавления все больше насыщается примесями, которые скапливаются на конце слитка. Обычно процесс
    зонной плавки повторяют несколько раз. По окончании очистки загрязненный конец слитка отрезают. Для ускорения процесса очистки вдоль контейнера ставят несколько индукторов для
    образования ряда зон плавления. Для материалов с k
    01 очистка материалов зонной плавкой практически невозможна.
    уравнением:
    где
    тв - концентрация примеси в закристаллизовавшейся фазе на
    о -
    равновесный коэффициент распределения.
    Если измерять длину слитка в длинах расплавленной зоны a = x/l, выражение (1) следует записать в виде:
    Приведенные уравнения (1) и (2) , являющиеся математическим описанием процесса зонной плавки, допущениях, сформулированных автором метода
    зонной очистки
    В. Пфанном.
    Эти допущения в литературе принято называть пфанновскими.
    Их суть в следующем:
    1. Процессами диффузионного перераспределения компонентов системы в объеме слитка можно пренебречь, т.е. коэффициенты диффузии компонентов в твердой фазе принимаются
    равными нулю ( D
    тв = 0 ).
    2. Диффузия компонентов системы в жидкой фазе совершенна - концентрация компонентов постоянна по объему расплава в любой момент процесса.
    3. Коэффициент распределения примеси - величина постоянная и не зависит от концентрации примеси в кристаллизующемся веществе (кривые солидус и ликвидус диаграммы состояния
    прямолинейны).
    4. Начальная концентрация компонентов в исходном материале (слитке) одинакова по всем сечениям.
    5. Геометрия подвергаемого зонной плавке слитка (длина и поперечное сечение) в ходе процесса остаются постоянными, плотности твердой и жидкой фаз равны (r
    тв=r
    ж=r).
    6 Расплав и твердая фаза при зонной плавке не взаимодействуют с окружающей средой - атмосферой и контейнером. Другими словами, в системе нет летучих и диссоциирующих
    компонентов, отсутствует поглощение примесей расплавом из атмосферы, материал контейнера не растворяется в жидкой фазе.
    Уравнения (1) и (2) справедливы только на участках слитка, на которых зона имеет две границы раздела фаз (постоянный объем). Когда в системе остается только
    кристаллизующаяся граница, распределение примеси представляется другим уравнением, соответствующим процессу нормальной направленной кристаллизации. Другими словами, если длина
    очищаем...

    Забрать файл

    Похожие материалы:


ПИШЕМ УНИКАЛЬНЫЕ РАБОТЫ
Заказывайте напрямую у исполнителя!


© 2006-2016 Все права защищены