Координаторы: д-р физ.-мат. наук Бердников В. С., д-р техн. наук Каплун А. Б.
Исполнители: ИТ, ИНХ, ИМП, КТИМК, ИЛФ СО РАН
В диапазонах чисел Прандтля от 0,05 до 2700, чисел Грасгофа, Марангони и Рейнольдса, перекрывающих технологические, проведены экспериментальные и численные исследования конвективного тепло- и массообмена в системе тигель—расплав—кристалл (рис. 1), численные исследования кондуктивного и радиационно-кондуктивного теплоотвода от фронта кристаллизации через кристалл в условиях сопряженной конвективной или радиационной теплоотдачи от кристалла в окружающую среду. Рассчитаны взаимосвязанные поля температуры в кристаллах и окружающей среде при соотношениях теплопроводности кристалл—газ от 1 до 500. Таким образом создана база для разработки глобальных численных моделей основных методов получения совершенных кристаллов из расплавов, использование которых позволит существенно экономить ресурсы, необходимые для разработки оптимальных технологических процессов. Получены новые экспериментальные данные по гидродинамике расплавов в широком диапазоне параметров и конвективному теплообмену. Сняты видеофильмы течений в физических моделях метода Чохральского в ламинарных, переходных и турбулентных режимах в условиях свободной, вынужденной и смешанной конвекции. Они используются в качестве учебного материала для технологов. Полученные результаты позволяют резко ограничить диапазоны поиска оптимальных технологических режимов.
Рис. 1. Теплопередача и эволюция полей изолиний функции тока (верхний ряд) и изотерм (нижний ряд)с ростом числа Рейнольдса. Fig. 1. Heat transfer and evolution of stream functions (upper series) and isotherms (lower series) with Reynolds number increasing. |
С помощью оригинальных, не имеющих аналогов в мире вибрационных методов произведены комплексные систематические исследования физических характеристик и кристаллизации боратных систем с нелинейно-оптическими соединениями. Тройная система Na2O—BaO—B2O3 исследована на бинарном разрезе оксид натрия—оксид бора и двух разрезах с метаборатом бария (рис. 2). Определены область кристаллизации бета-бората бария (низкотемпературной нелинейно-оптической фазы метабората бария — BBO) и температуры ликвидуса на 50 составах этой системы, уточнены температуры и тип плавления ее соединений. Обнаружено, что состав кристаллизующихся фаз и соединений в данной системе зависит от термической предыстории образцов. Полученные данные и рекомендации по выращиванию монокристаллов бета-бората бария переданы в ИМП СО РАН. Проведено подробное исследование полей первичной спонтанной кристаллизации и определена температура ликвидуса на 47 составах тройной системы Li2O—Cs2O—B2O3. Исследованы фазовые равновесия в области кристаллизации трибората. Установлено, что при изменении условий проведения опыта (максимальной температуры образца, времени выдержки при этой температуре, скорости нагрева и охлаждения образца) области первичной кристаллизации соединений смещаются.
Рис. 2. Фазовая диаграмма тройной системы BaO-B2O3-Na2O - указаны соединения, квазибинарные диаграммы которых были изучены. Fig. 2. Phase equilibria in the triple system BaO-B2O3-Na2O. The compounds whose quasi-binary equilibrium diagrams were studied are shown. |
В ИМП СО РАН изучена связь типа дефектов и условий выращивания крупных кристаллов BBO из раствора-расплава с использованием техники Чохральского. Обнаруженное в системе ВаО—В2О3—Na2О соединение Na4Ba3B4O11 позволило триангулировать две подсистемы — BaB2O4—NaBO2—Na4Ba3B4O11 и BaB2O4—Ba2B2O4—Na4Ba3B4O11. В области, прилегающей к общей их стороне — BaB2O4—Na4Ba3B4O11, находятся составы растворов-расплавов, наиболее подходящие для выращивания качественных кристаллов ВВО. Обнаружено, что разность электрических потенциалов между средой кристаллизации и кристаллом отражает кинетику его роста и дефектообразование формирующейся структуры. Наведенные и контактные внешние электропотенциалы — реальный инструмент корректировки условий роста кристаллов. Содержание включений, границ блоков разориентации и электрического двойникования в кристаллах ВВО коррелирует с составом и условиями синтеза растворов-расплавов, совокупностью тепловых и кинематических параметров роста кристаллов. Получаемый из них оптический материал (после отбраковки) не уступает лучшим зарубежным образцам.
Список основных публикаций
В оглавление | Далее |