液固两相流体热毛细对流中颗粒动态积累结构研究

黄鑫，梁儒全,2，范俊庚

(1.东北大学材料电磁过程研究教育部重点实验室，辽宁沈阳，110819；2.临沂大学机械与车辆工程学院，山东临沂，276000)

采用浮区法制备晶体过程中，在流体流动的驱动力为浮力、毛细力等。微重力环境下，浮力对流大大减弱，热毛细对流成为主导对流形式。研究表明，振荡热毛细对流会导致晶体表面和内部产生条纹，影响晶体的质量。因此，在微重力环境下，半导体熔体内热毛细对流及流动结构研究已成为空间材料生长的重要课题，对空间浮区法制备高质量晶体具有重要意义。

液桥是浮区法制备晶体简化模型。1979年，CHUN等[1]利用“光切割”技术，开展了半浮区液桥热毛细对流实验，发现了振荡热毛细对流。之后，针对液桥模型，国内外开展了线性稳定性分析[2-3]、三维数值模拟[4-6]和晶体生长实验[7-9]。ZENG等[10]数值研究了三维振荡热毛细对流，结果表明热毛细对流存在脉动振荡和旋转振荡两种不同的振荡模式，温度场随时间周期性变化。YASUHIRO 等[11]通过数值模拟再现了实验观察到的不同频率的超临界熔体自由表面温度振荡，结果表明当温差达到一定的临界值时，表面温度振荡将向三维稳定周期振荡对流转变。当温差为更高的临界值时，表面温度振荡将会发生向三维振荡对流的第二次转变。

另外，浮区法制备晶体过程中浮区熔体中存在杂质，杂质颗粒具有动态积累特性，影响制备晶体质量。研究表明，在一定高径比条件下，稀密度的小颗粒在液桥中聚集，并具有时间依赖性。……