波樣耗散結(jié)構(gòu)的空間構(gòu)造及形成過程.pdf

1、波樣耗散結(jié)構(gòu)出現(xiàn)在Czochralski(Cz)融液生長法制備單晶過程中，它是一種復(fù)雜的熔體熱對流現(xiàn)象，主要由浮力不穩(wěn)定性、毛細(xì)力引起的表面張力不穩(wěn)定性以及旋轉(zhuǎn)引起的離心力不穩(wěn)定性等引起的。大直徑高品質(zhì)的單晶體是單晶生產(chǎn)界的追求。波樣耗散結(jié)構(gòu)出現(xiàn)在大尺度單晶體生長系統(tǒng)中的融液表面，因此研究它，對于單晶生產(chǎn)的大直徑化和高品質(zhì)化，意義非常重大。 自從發(fā)現(xiàn)波樣耗散結(jié)構(gòu)，學(xué)者們就對它進(jìn)行了大量研究，但是這些研究很少有揭示波樣結(jié)構(gòu)是由什么

2、樣的、更小更基本的結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成，也很少有研究這些更小更基本的結(jié)構(gòu)單元是如何相互作用而形成宏觀上的有序結(jié)構(gòu)，同時(shí)對于引起波樣耗散結(jié)構(gòu)的幾種不穩(wěn)定作用力中究竟是哪個(gè)作用力所起作用最大也缺乏研究。 本文以Czockralski(CZ)法晶體生長系統(tǒng)中坩堝內(nèi)熔體為研究對象，通過大規(guī)模數(shù)值模擬出了具有不同波數(shù)的著名耗散結(jié)構(gòu)-波樣流動(dòng)，并應(yīng)用正交分解法抽出了波樣耗散結(jié)構(gòu)的基本流動(dòng)模式，分析了基本流動(dòng)模式形成波樣耗散結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)過程，研究了究

3、竟是哪種不穩(wěn)定性作用力對波樣耗散結(jié)構(gòu)的形成影響最大。 研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)：(1).波樣耗散結(jié)構(gòu)的主要基本模式是很有規(guī)律的，宏觀的大渦是在許多基本小渦的基礎(chǔ)上形成的。兩個(gè)波的波樣耗散結(jié)構(gòu)的基本模式是成對出現(xiàn)的，而且在周向是規(guī)律性以4個(gè)小渦遞增的。類似地，3個(gè)波的波樣耗散結(jié)構(gòu)基本模式是以3個(gè)為一組出現(xiàn)的，在周向是規(guī)律性以6個(gè)小渦遞增的。它們徑向都是由1層至多層增加的。 (2).波樣耗散結(jié)構(gòu)的原始溫度場可以由平均溫度場和瞬時(shí)溫度場線

4、性重構(gòu)。波數(shù)2和3的波樣耗散結(jié)構(gòu)的平均溫度場等溫線分布為平凡的同心圓。通過在平均溫度場的基礎(chǔ)上逐一疊加加權(quán)主要基本模式的方法，我們發(fā)現(xiàn)溫度場宏觀上的轉(zhuǎn)動(dòng)，是由于不同基本模式呈現(xiàn)與隱退交替進(jìn)行的結(jié)果。 (3).為了了解引起波樣耗散結(jié)構(gòu)的幾種不穩(wěn)定性作用力中究竟哪種作用貢獻(xiàn)最大，本文還分析了由浮力不穩(wěn)定性或旋轉(zhuǎn)引起的離心力不穩(wěn)定性分別單獨(dú)作用時(shí)數(shù)值計(jì)算的結(jié)果。由單獨(dú)浮力和單獨(dú)離心力作用下的融液表面等溫線分布均表現(xiàn)為平凡的同心圓，但是