Зонная плавка
Реферат - Экономика
Другие рефераты по предмету Экономика
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…………………………………………………………………31.ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ПРАКТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕТОДА ЗОНННОЙ ПЛАВКИ………………………………………………… …..
41.1. Процесс зонной плавки и его математическая модель…………….41.2. Методы и технические средства зонной плавки …………………...9 1.2.1. Тигельный способ зонной плавки……………………………..9 1.2.2. Бестигельный способ зонной плавки. Метод плавающей
зоны……………………………………………………………..
15 1.2.3. Непрерывная зонная очистка………………………………….17 1.2.4. Зонная плавка с градиентом температур…………………….. 202.ПРОМЫШЛЕННОЕ РАФИНИРОВАНИЕ ТУГОПЛАВКИХ МЕТАЛЛОВ ЗОНННОЙ ПЛАВКОЙ…………………………………….
213.Расчёт распределения примеси В СЛИТКЕ ПРИ ОЧИСТКЕ ЗОННОЙ ПЛАВКОЙ………………………………………………………
233.1. Расчёт распределения примеси в слитке после зонной
очисткипри исходной концентрации примеси 0,01мас.%................
233.2. Расчёт распределения примеси в слитке после зонной
очисткипри исходной концентрации примеси 0,1 мас.% ................
253.3. Расчёт распределения примеси в слитке после зонной
очисткипри исходной концентрации примеси 1,1мас.%.................
273.4. Расчёт распределения примеси в слитке после зонной
очисткипри исходной концентрации примеси 2,1 мас.%................
293.4. Расчёт распределения примеси в слитке после зонной
очисткипри исходной концентрации примеси 3,1мас.%.................313.6. Определение эффективности рафинирования зонной плавкой……ВЫВОДЫ……………………………………………………………………33ЛИТЕРАТУРА………………………………………………………………35ВВЕДЕНИЕ
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
- 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 Ств к её концентрации в массе жидкости Сж.
Большинство примесей обладает хорошей растворимостью в жидкой фазе по сравнению с твердой. В этом случае равновесный коэффициент распределения k0=Ств/Сж<1 (Ств и Сж определяется по диаграмме состояния). Поэтому по мере продвижения зона плавления все больше насыщается примесями, которые ск?/p>