Влияние поступательной вибрации и равномерного вращения на процессы тепломассопереноса в расплаве вещества при выращивании кристаллов методом Бриджмена в условиях микрогравитации

摘要

В условиях микрогравитации конвекция, обусловленная действием гравитационных сил, вследствие малости последних, практически отсутствует. Первоначально с этим фактом связывали возможность получения на борту космических аппаратов (КА) более однородных и совершенных, чем в земных условиях (где гравитационная конвекция оказывает существенное влияние на процессы кристаллизации), монокристаллов. Однако до сих пор получить таким способом однородные и совершенные кристаллы не удалось из-за воздействия на экспериментальные образцы при выращивании неконтролируемых вибраций различной природы, связанных с работой КА. Такого рода вибрационные воздействия приводят к появлению конвективных течений, воздействующих на процессы тепломассопереноса в расплавах веществ, что, в конечном итоге, и приводит к образованию макронеоднородностей в структуре получaемых материалов. В данной работе исследуется возможность ослабления влияния вибраций на структуру получаемого в условиях космического эксперимента кристаллического материала за счет быстрого равномерного вращения экспериментального образца. Показано, что при наличии достаточно интенсивного равномерного вращения вибрации не оказывают существенного влияния на структуру конвективного течения в расплаве, которая практически полностью определяется вращательным движением. При этом, конвективное течение, в соответствии с результатами, полученными в работе [7], практически не взаимодействует с фронтом кристаллизации, что приводит к более однородному, чем в случае отсутствия вращения, распределению примеси в кристалле.