【摘 要】
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高硅过共晶铝硅(≥30%Si)熔体在电磁定向凝固过程中可以分离成低硅过共晶铝硅(≤25% Si)熔体和初晶硅密集相。过共晶铝硅熔体的电磁定向凝固工艺有望成为一种同时制造太阳能
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高硅过共晶铝硅(≥30%Si)熔体在电磁定向凝固过程中可以分离成低硅过共晶铝硅(≤25% Si)熔体和初晶硅密集相。过共晶铝硅熔体的电磁定向凝固工艺有望成为一种同时制造太阳能级硅和铝硅合金的有效方法。本文研究了过共晶铝硅熔体的电磁定向凝固过程中硅相的分离机理和分离效率,并且提出了分离的优化方法。探索分离机理时,利用高频电磁感应炉改变样品(A1-45 wt.%Si)的电磁定向凝固的拉动条件实施一系列实验。结果显示：向上拉动(上拉夕和向下拉动(下拉夕均能实现过共晶铝硅合金的分离,而下拉样品的分离效果较好；随着上拉距离的增加,初晶硅密集相和稀疏相之间的分离界面的位置逐渐下降；当拉动速率较慢时密集相中初晶硅的边角圆整,分离效果较好。为了得到样品中温度场、流动场的支撑,结合了数值模拟的方法讨论并建立了电磁定向凝固下过共晶铝硅熔体中硅迁移的物理模型,可以有效解释其中的分离机理。探索样品的分离效果时,提出了分离效率的概念,讨论建立了一个分离效率的定量评估方法。实验结果表明,初晶硅密集相区域中硅的质量分数最大为75.96%,定量评估的计算结果显示,样品最大分离效率可达到57.02%。本文还讨论了过共晶铝硅熔体电磁定向凝固的实验条件对分离效率的影响规律,进一步提出了提高样品分离效率的优化方案。
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