Виброкристаллизация

Виброкристаллизация
Шифр эксперимента: Виброкристаллизация
Направление НПИ: 1. Физико-химические процессы и материалы в условиях космоса
Секция КНТС: Космическое материаловедение
Наименование эксперимента: Изучение механизмов формирования распределения примесей посредством управляющего вибрационного воздействия при направленной кристаллизации в условиях микрогравитации
Цель эксперимента:

КЭ «Виброкристаллизация» проводится с целью исследования влияния контролируемого вибрационного воздействия на тепломассоперенос при направленной кристаллизации, структурное совершенство и механизмы формирования распределения примесей в выращенных монокристаллах.

На базе выявленных закономерностей будут уточнены математические модели и разработаны принципы управляемого вибрационного воздействия на рост кристаллов из расплава, которые можно будет применять для получения более однородных по свойствам монокристаллов как в условиях микрогравитации, так и в земных условиях.

Полученные данные могут быть использованы для усовершенствования технологии диэлектрических, полупроводниковых и других типов кристаллов.

Описание эксперимента:

Эксперимент выполняется в три этапа:

Этап 1. Исследование влияния управляемых вибраций на тепломассоперенос в жидкой фазе при моделировании направленной кристаллизации в условиях микрогравитации.

Этап 2. Исследование влияния процессов тепломассопереноса и вибрационных режимов на качество кристаллов, выращенных из расплава в условиях микрогравитации

Этап 3. Исследование влияния вибрационного воздействия на характер макро- и микросегрегации легирующих примесей по длине и сечению кристалла при выращивании из расплава.

На этапе 1 изучение вибрационного воздействия на тепломассоперенос в расплаве проводится на прозрачных модельных жидкостях (водоглицериновая смесь, силиконовое масло), обладающих гидродинамическими характеристиками расплавов диэлектрических соединений. Жидкость помещается в прозрачные цилиндрические виброкапсулы, в которых создается заданный температурный градиент и вибрационное воздействие контролируемой амплитуды и частоты. В ходе эксперимента контролируются картины распределения полей скоростей и температуры в жидкой фазе.

На этапе 2 проводится выращивание как номинально чистых, так и легированных монокристаллов нитрата натрия в прозрачной печи при воздействии вибраций с заданной амплитудо-частотной характеристикой. Помимо картин распределения полей скоростей, динамики изменения формы фронта кристаллизации и температуры в жидкой фазе, изучение полученных образцов позволяет получить зависимость распределения примесей по объему кристаллов от амплитудо-частотных характеристик вибраций.

На 3 этапе проводится выращивание монокристаллов нитрата натрия, легированных серебром методом Бриджмена с приложением управляющего вибрационного воздействия для получения заранее заданных физико-химических свойств полученных монокристаллов.

Эксперимент проводится при отсутствии динамических режимов МКС и вне зоны выполнения физических упражнений членами экипажа.

Новизна эксперимента:

В эксперименте впервые будет проведен рост диэлектрических монокристаллов в условиях микрогравитации с применением вибрационного воздействия с контролируемой амплитудо-частотной характеристикой на кристаллизацию внутри диффузионного слоя, что представляется наиболее эффективным из всех возможных управляющих воздействий для данного класса соединений. В отличие от методов воздействия на массоперенос в расплаве с помощью магнитного поля и погруженного нагревателя метод контролируемого вибрационного воздействия позволяет осуществлять контроль над конвективными течениями вблизи фронта кристаллизации, осуществляя таким образом управление процессом роста кристалла.

Научная аппаратура:

Предполагается использование научной аппаратуры «Модель-К».

Ожидаемые результаты:

На базе выявленных закономерностей будут уточнены математические модели и разработаны принципы управляемого вибрационного воздействия на рост кристаллов из расплава, которые можно будет применять для получения более однородных по свойствам монокристаллов как в условиях микрогравитации, так и в земных условиях. Полученные данные могут быть использованы для усовершенствования технологии диэлектрических, полупроводниковых и других типов кристаллов.

Сроки проведения: 2023-2024 гг.
Состояние эксперимента: Готовится
Организация постановщик: РХТУ им. Д.И Менделеева
Организации участники: ФГУП ЦНИИмаш, ПАО "РКК "Энергия" им. С.П.Королева", ФГБУ "НИИ ЦПК имени Ю.А.Гагарина"
Научный руководитель: Жариков Е.В., РХТУ им Д.И. Менделеева, заведующий кафедрой, д.т.н. ,профессор
Публикации по эксперименту:

Список публикаций в процессе редактирования.

Последнее обновление: 30.05.2019
Страна: Россия