毛細(xì)效應(yīng)下熔融硅的潤(rùn)濕性研究.pdf

1、近年來(lái)，隨著油價(jià)的不斷攀升以及人們環(huán)保意識(shí)的加強(qiáng)，太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)得到了飛速發(fā)展。硅帶技術(shù)（橫向拉膜法等）憑借著其原料損耗低、拉升速率高、制備流程簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)引起了人們的廣泛關(guān)注。為了使硅帶技術(shù)獲得更穩(wěn)定的生長(zhǎng)環(huán)境，所制硅帶品質(zhì)更高、厚度精確可控，有必要對(duì)毛細(xì)效應(yīng)下熔融硅的潤(rùn)濕特性進(jìn)行研究。論文采用COMSOL軟件，結(jié)合實(shí)驗(yàn)對(duì)熔融硅的潤(rùn)濕過(guò)程進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。
　　首先，介紹了表面自由能、Young-Laplace方程和Marango

2、ni效應(yīng)，分析了毛細(xì)效應(yīng)產(chǎn)生的原因以及不同階段液面高度的計(jì)算方式，為數(shù)值模擬提供理論基礎(chǔ)。
　　其次，建立了毛細(xì)模型，采用微流動(dòng)兩相流水平集法模擬了熔融態(tài)硅液與垂直壁面的潤(rùn)濕過(guò)程，以人造金剛石作為壁面材料的模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較，驗(yàn)證了該模型和模擬方法的正確性。在此基礎(chǔ)上，分別選用碳化硅、石墨和人造金剛石作為壁面材料，探討了不同壁面材料表面張力和壁面粘附力對(duì)潤(rùn)濕角的影響規(guī)律。結(jié)果表明，相同溫度下的毛細(xì)力作用使得熔融硅液出現(xiàn)起伏

3、上升現(xiàn)象;潤(rùn)濕角均有不同程度的減小然后增大，最終趨于穩(wěn)定;初始階段，由于氣/熔融硅液表面張力與氣/壁面表面張力之差變化較大，液面起伏波動(dòng)較大;隨后趨于穩(wěn)定上升。同時(shí)發(fā)現(xiàn)石墨作為壁面材料時(shí)，以上變化更易趨于穩(wěn)定。
　　然后，采用高溫高真空接觸角測(cè)量?jī)x觀測(cè)了高溫真空條件下石墨表面硅的潤(rùn)濕角，并且考察了表面粗糙度(Ra=0.721μm與Ra=0.134μm)、溫度(1737～1744K)、恒溫持續(xù)時(shí)間(10～30 s)對(duì)潤(rùn)濕角的影響。模

4、擬了熔融硅液滴在光滑石墨表面的潤(rùn)濕過(guò)程，通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)和模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn)，相同溫度下粗糙度為Ra=721μm石墨表面硅的潤(rùn)濕角小于Ra=0.134μm石墨的潤(rùn)濕角小于模擬值。石墨表面硅的潤(rùn)濕角隨著粗糙度的增大而減小，不同粗糙度潤(rùn)濕角的差值隨著溫度提升而縮小，所得結(jié)論與Wenzel理論一致。結(jié)合壓力、速度分布圖，分析了恒定溫度、毛細(xì)效應(yīng)下表面張力變化對(duì)潤(rùn)濕過(guò)程的影響，結(jié)果表明，隨著時(shí)間的推移，固液交界處由表面張力產(chǎn)生的壓差逐漸減小，液滴鋪展過(guò)程