チョクラルスキ-単結晶育成法における超音波の効果

1989 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 63550489
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 桑原 守 名古屋大学, 工学部, 助手 (70023273)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 浅井 滋生 名古屋大学, 工学部, 教授 (80023274)
• Keywords: チョコラルスキ-法 / 単結晶 / 一方向凝固 / 超音波 / 自然対流 / 二重拡散 / 流れの可視化

Research Abstract

本研究では、超音波CZ法による単結晶育成法を初めて提案し、定在波を利用した対流制御の要素技術を確立するために基礎研究を行った。本年度の研究で明らかとなった結論は次のように要約できる。
1.超音波を照射した液体には1/2波長の液深ごとに共振さが存在することが理論と実験から判明した。2.超音波で液中の熱対流制御を行う場合には、キャビテ-ションによる不要な撹乱効果を防止するために媒質を脱気処理する必要がある。3.脱気水を用いた自然対流場に超音波を照射する実験を行い、流れをシャドウグラフ法で可視化し、音場を超音波メ-タ-によって測定した。加熱された流体塊は音圧の節に拘束され、冷却された流体塊には音圧の腹の方向に力が作用した。この力の作用方向は、流体内に仮想的に設置した流体塊と回りの流体本体との音響学的性質の違い(密度比と音速比)に基づいて流体塊に作用する放射圧の方向と一致する。4.アルミトレ-サ法で熱対流を可視化した結果、大きなエネルギ-密度において音圧の腹付近に淀み領域が発生し、この領域では流れの循環領域が形成された。5.平面定在波を形成させた液中には、音波の進行方向に周期的な放射圧分布が存在し、均一な温度場においても淀み領域ができる。この淀み領域は、放射圧の圧力勾配によって媒質自身に力が働く結果生成するものと推察した。6.CZ法の水モデル模擬実験装置を用いて、結晶回転による強制対流のみの場合、自然対流のみの場合、両者の混合流の場合とに分けて超音波による対流制御の実験を行なった。超音波は、低エネルギ-密度の場合は流れを安定化する効果があること、高エネルギ-密度の場合には、どの場合においても淀み領域の発生が流れに著しい変化を引き起こすことがわかった。

Research Products

• [Publications] 桑原守: "液中における熱対流の超音波による抑制" 鉄と鋼. (1990)
• [Publications] 尾崎幸克: "液中における熱対流の超音波による抑制" 材料とプロセス. 2. 274-274 (1989)
• [Publications] 尾崎幸克: "超音波による液中対流の制御" 材料とプロセス. 3. 131-131 (1990)
• [Publications] 奥村圭二: "垂直一方向凝固時における熱溶質対流の数値解析" 第2回計算力学講演会講演概要集. 9-10 (1989)