Зонная плавка
Реферат - Экономика
Другие рефераты по предмету Экономика
аз. Если принудительная конвекция невозможна, необходимо придавать зоне форму, позволяющую извлечь максимальную выгоду от естественной конвекции. Это, как правило, сводится к созданию высокой вертикальной поверхности раздела между двумя фазами.
Поскольку движущая сила при естественной конвекции пропорциональна напряженности поля земного тяготения, естественную конвекцию в расплаве цилиндрической формы рекомендуется усиливать вращением контейнера с большой скоростью вокруг его оси.
Усиление конвекции может быть достигнуто электромагнитным перемешиванием, например, если через горизонтальный цилиндрический слиток в осевом направлении пропускать постоянный электрический ток, а над одним из концов расплавленной зоны расположить магнит, создающий магнитное поле, перпендикулярное слитку.
Не менее эффективным методом усиления конвекции является перемешивание вращающимся магнитным полем. Но главным его недостатком является громоздкость установок, затрудняющая наблюдение за зоной.
1.2.2. Бестигельный способ зонной плавки. Метод плавающей зоны
Некоторые металлы в жидком состоянии приобретают высокую реакционную способность и вступают в химическое взаимодействие с материалом контейнера (тигля), загрязняя расплав. Для очистки таких металлов разработаны методы бестигельной зонной плавки [1,3]. Наибольшее распространение получил метод плавающей зоны, при котором расплавленная зона удерживается на месте силами собственного поверхностного натяжения между двумя твёрдыми соосными вертикальными прутками. Метод, впервые опробованный на кремнии, описан Кеком и Голеем, Эмейсом и Тайеоером. Метод плавающей зоны один из бурно развивающихся методов зонной плавки. Лучше всего поддаются зонной плавке методом плавающей зоны тугоплавкие металлы.
Теоретические и экспериментальные исследования устойчивости плавающих зон показали, что на круглых прудках максимальная длина (высота) зоны, поддерживаемая силами собственного поверхностного натяжения, возрастает пропорционально радиусу прудка, когда он имеет небольшую величину, стремясь к определённому пределу для больших радиусов. Максимальная длина зоны для золота, олова и воды составляет около 0,7 см и около 1,5 см для кремния, титана, циркония. Различают следующие виды широких плавающих зон:
зоны с открытыми краями - их недостаток состоит в том, что зона по краям затягивается внутрь из-за большой кривизны жидкости в горизонтальной плоскости;
зоны с закрытыми краями - лишены недостатка зон с открытыми краями, а в в процессе очистки можно создавать несколько зон;
кольцевые зоны также лишены недостатка зон с открытыми краями, а преимущество заключается в том, что одну половину заготовки можно вращать для перемешивания жидкости в зоне относительно второй половины вокруг их общей оси.
Плавающие зоны при зонной плавке могут создаваться следующими наиболее часто используемыми способами нагрева:
Индукционный нагрев. Основные особенности способа рассмотрены ранее (см. раздел 1.2.1). Использование его при зонной плавке по методу плавающей зоны имеет свою специфику. Она заключается в том, что для концентрации индуцируемой энергии на небольшом участке вертикального прутка, индуктор должен быть коротким (около двух витков) и как можно плотнее охватывать загрузку. Если длина зоны становится слишком большой, то зона вздувается и требуется большая мощность и длина индуктора для её нагрева. Взаимодействие между током индуктора и индуцируемым током в зоне могут сделать её неустойчивой, особенно, если индуктор расположен выше центра зоны. Однако охлаждением нижнего прутка зону можно сконцентрировать по отношению к индуктору [4], добиваясь подвешивания [5], которое поддерживает зону.
При индукционном нагреве, в отличие от электронно-лучевой плавки, возможно создание положительного давления инертным газом, что способствует минимальному загрязнению индуктора материалом образца или образца материалом индуктора.
Электронно-лучевой нагрев. Его использование для зонной плавки началось в 1956 году [6,7]. В электронно-лучевой печи анодом служит стержень с плавающей зоной, а роль катода выполняет одновитковый индуктор, чаще всего из вольфрамовой проволоки или ленты. Электронный луч ограничивается фокусирующими пластинами. Из всех способов нагрева, использующихся при зонной плавке, электронно-лучевой обогрев наиболее эффективный [8]. Он получил широкое применение в промышленности при зонной очистке тугоплавких металлов, среди которых вольфрам, молибден, рений, тантал и другие [9]. Из-за высоких температур плавления и вакуума очистка часто достигается не столько зонным действием, сколько за счет улетучивания примесей, что ограничивает число целесообразных зонных проходов.
Плавающая зона при зонной плавке может создаваться и поддерживаться при использовании других способов. Например: нагрев в отражательной печи с угольной дугой, тлеющим разрядом [1], поддержка индуцирующим током [5], магнитная поддержка [4], зонная плавка с двумя жидкими фазами [10].
- Непрерывная зонная очистка
Методы зонной очистки, рассмотренные в разделах 1.2.1 и 1.2.2, являются многостадийными периодическими процессами. Как всякому периодическому процессу, им присущи ограничения, которые исключаются при непрерывной зонной плавке. Первая установка непрерывной зонной очистки описана в 1955 году. Установки непрерывн?/p>