محمدحسین توکلی

اکسید بیسموت ژرمانات 〖Bi〗_4 Ge_3 O_12 (BGO) از ترکیب اکسید بیسموت و اکسید ژرمانیوم تولید شده است. از مهمترین کاربردهای این ماده آشکارسازی اشعه های با انرژی بالا می باشد. در فرایند رشد بلور BGO گام نخست سنتز پودر آن است بصورتی که خاصیت آشکارسازی خوبی داشته باشد. پیش از انجام سنتز در آزمایشگاه لازم است امکان سنجی آن انجام شود تا روش و رویکرد بهینه برای این کار مشخص شود. رشد بلور این ماده نیز به روش های مختلفی قابل انجام است. روش چکرالسکی با گرادیان دمای پایین یکی از متداول ترین روش ها برای رشد این ماده است. در این پژوهش نیز از این روش استفاده شده است. لازم است پیش از آغاز فرایند رشد، گرادیان دمای محوری پایین برای سیستم در بالای سطح مذاب تنظیم شود. شبیه سازی سیستم رشد بلور پیش از رشد آن بصورت تجربی به صرفه جویی در زمان و هزینه کمک می کند. در این پایان نامه ابتدا امکان سنجی سنتز پودر BGO انجام شده است. بدین صورت که همه روش های سنتز این ماده با جرئیات بیان و سپس دانشمندان و مراکز تحقیقی که بر روی این ماده کار می کنند معرفی شده است. پس از آن یک شبیه سازی المان محدود دو بعدی برای یافتن جریان های شاره و میدان های دما در این سیستم رشد بلور انجام شده است. از آنجایی که برای ما مهم بود که نتایج این تحقیق کاربردی باشد، پیکربندی سیستم رشد بلور این ماده کاملا مطابق با یک سیستم آزمایشگاهی واقعی BGO طراحی شده است. از طرفی شکل فصل مشترک مذاب و بلور و تنش گرمایی ددر بلور نیز بررسی شده اند. در پایان با بررسی و مقایسه ی اشکال مختلف لوله سرامیکی در سیستم رشد بلور، شکل بهینه آن مشخص گردید.

ژرمانیم یک ماده کلیدی در طیف گسترده ای از کاربردها می باشد. کاربرد عمده ی تک بلورهای ژرمانیم لنزها و پنجره های اپتیک مادون قرمز (IR)، آشکارسازهای تابش گاما و زیرلایه هایی برای عناصر III–V بر پایه ی وسایل الکترواپتیکی می باشد. در دو دهه ی گذشته، ژرمانیم به عنوان یک ماده ی نیمه هادی در کاربردهای الکتریکی و الکترواپتیکی بسیار مورد توجه قرار گرفت. اخیراً ژرمانیم توجه زیادی را در صنعت نیمه هادی به خود جلب کرده است زیرا خواص جالبی دارد که توانسته راه حل هایی برای موانعی که فناوری سیلیکون در زمینه ی توسعه و پیشرفت ساختارهای ترانزیستوری در مقیاس نانو با آن روبرو می باشد، ارائه دهد. از بین روش های مختلف رشد بلور، عمده ترین روشی که به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرد روش کشش بلور چکرالسکی می باشد. در کاربردهای مرتبه ی IR از ژرمانیوم، شفافیت، یکنواختی و همسانگردی اپتیکی نیاز به کمینه کردن سلول های موزائیکی و مرزدانه های کم زاویه دارد. اثرات زیان آور اپتیکیِ مرزدانه های کم زاویه در راستای رشد <111> کمینه می باشد. بعلاوه برای اطمینان از دوقطبی شدگی اندک، تنش های باقی مانده در بلور باید کمینه شوند. تنش های باقی مانده ناشی از کرنش های پلاستیکی است که نشان دهنده ی گذار تنش های حرارتی از مقدار تنش بحرانی(CRSS) به هنگام سرمایش بلور در بالای فصل مشترک بلور/مذاب می باشد. به دلیل وجود گرادیان حرارتی در بلور در حال رشد، تنش های مکانیکی قابل توجهی می-تواند توسعه یافته و در بیشتر موارد منجر به تولید نابجائی گردد. کیفیت بلورهای رشدیافته وابسته به کنترل فرآیند رشد می باشد. از این رو کنترل و تنظیم فرآیندهای فیزیکی که در حین رشد اتفاق می افتد مهم است. مدل سازی های رایانه ای از فرآیند رشد چکرالسکی ژرمانیوم برای مراتب مختلف کاربردی از آن و قطرهای مختلف بلوری، یک پشتیبان مداوم برای توسعه ی فرآیندهای جدید کشش و بهبود و بهینه سازی کیفیت بلور ژرمانیوم ارائه می دهد. همچنین نتایج مدل سازی فهم با ارزشی از فرآیندهای فیزیکی مختلفی که در طی رشد اتفاق می افتد ارائه و تعداد رشدهای تجربی مورد نیاز برای رسیدن به بلورهای با ویژگی های مطلوب را به شدت کاهش می دهد. از مدل سازی ریاضی، برای حالت شبه پایدار رشد و مراحل مختلف از رشد تک بلور چکرالسکی ژرمانیوم استفاده شده است. پس از محاسبه ی میدان حرارتی از یک مدل

روش رشد بلور چُکرالسکی با ویژگی های کلیدی خود در کنترل شکل و کیفیت بلورهایی مانند بیسموت ژرمانات (Bi4Ge3O12) همچنان در مرکز توجه قرار دارد. دما و شیب تغییرات دمایی بالا در طول فرآیند رشد در این روش، می توانند منجر به بروز برخی مشکلات گردند. هرچند این مشکلات را می توان با تنظیم دقیق پارامترهای مختلف سیستم رشد مانند هندسه اجزائ مختلف سیستم گرمایش القایی و اعمال دقیق همرفت واداشته، برطرف نمود. در این رساله روش المان محدود دو بُعدی برای محاسبه میدان الکترومغناطیسی و همچنین گرمای حجمی تولیدی در یک سیستم رشد بلور اکسید به روش چُکرالسکی با در نظر گرفتن شکل های مختلف برای بوته فلزی و چیدمان های متفاوت در پیچه های القایی، بکار بسته شده است. نتایج، بیانگر نقش غیرقابل انکار شکل گوشه در بوته و نوع قرارگیری پیچه القایی در زیر بوته در تولید الگوی گرمای مطلوب و اجتناب از مشکلات عمومی در سیستم های رشد چُکرالسکی هستند. با درنظر داشتن نتایج حاصل از این مرحله، مطالعه با محاسبه دما و جریان سیال در هر یک از سیستم های گرمای القایی با هندسه متفاوت و در پنج مرحله از مراحل رشد بلور ادامه یافت. توجه اصلی بر محاسبه شرایط لازم برای رشد بلور دارای شکل مناسب، نرخ رشد پایدار و جلوگیری از انجماد مذاب در مراحل پایانی رشد بوده است. به این منظور فصل مشترک بلور-مذاب در همه ی حالات بوسیله مجموعه ای از شبیه سازی های دوبعدی در شرایط شبه پایا محاسبه شده اند.

چکیده: در طی ساخت آلیاژهای آمورف پایه آهن، پارامترهایی مانند سرعت ساخت که همان سرعت مماسی استوانهی سرد است و تحت سرعت- Fe78Si9B تغییر داده شد. برای بررسی اثر سرعت ساخت بر روی پارامترهای فوق ریز نمونهی 13 Casting نیز دمای بر Casting 91 و 02 متر برثانیه با استفاده از روش ذوب چرخشی ساخته شدند. برای بررسی اثر دمای ،92 ،21 ،22 ، های 21 PFC با استفاده از روش Fe72C06Si4Mo1B9P و 8 Fe69C09Si2Mo3B9P روی نمونهها دو نمونه با ترکیب نسبتا پیچیدهی 8 ساخته شدند که اولی در 2 دما و دومی در 0 دمای ریخته گری مورد بررسی قرار گرفتند. در ادامه وسایل و ابزار لازم جهت انجام آزمایشهای تجربی مورد بحث قرار میگیرند. در طی ساخت نمونههای فوق، سایر پارامترهای دخیل در فرآیند ساخت از قبیل قطر سوراخ نازل، فاصلهی نازل با دیسک، فشار تزریق مذاب و زاویهی نازل با خط عمود بر سطح استوانه ثابت نگه داشته شدند. X در دماهای مختلف تحت عملیات حرارتی قرار گرفت. سپس به وسیله ی روش هایراش اشعه ی Fe78Si9B ریبون های آمورف 13 FC و اندازه گیری های مغناطیسی شامل هیسترزیس و وابستگی دمایی مغناطش شامل DSC ، اسپکتروسکوپی موزبائر ،)XRD( مورد مطالعه قرار گرفتند. در اینجا ما بر روی سرعت به عنوان یک فاکتور مهم برای فهم اثر سرعت چرخ در روش ذوب ZFC و چرخشی بر روی ویژگی های مغناطیسی و مورفولوژی ریبون های تولید شده تمرکز می کنیم. رابطه ای بین گشتاور مغناطیسی، با هدف دست بابی به خواص Fe78Si9B دمای آنیلینگ و سرعت تولید برای پیش بینی اطلاعاتی در مورد ریبون های 13 مغناطیسی نرم مطلوب از دید کاربردهای تکنولوژیکی اعمال می شود. وابستگی پارامترها به عنوان تابعی از شرایط ساخت و دمای آنیلینگ مورد بحث قرار گرفته و یافتن مقدار بهینه مورد بحث قرار می گیرد. دماهای آنیلینگ مختلف نتایج مختلفی را نشان داد که نواحی مختلفی در ریبون SEM بدست دادند که نتایجی در مورد واهلش ساختاری در نمونه ها آشکار ساخت. نتایج 02 مقادیر میدان m/s ها وجود دارند که ویژگی های مختلفی دارند. نتایج تجربی تایید کردند که ریبون های تولید شده با سرعت وادارندگی و باقیمانده بهتری از سایر نمونه ها که با سرعت های پایین تر ساخته شده اند دارند. اصلاحات در مورد ناهمسانگردی مغناطیسی و توزیع های میدان فوق ریز که تحت آنیلینگ در نمونه ایجاد شده اند به طور مفصل مورد بحث قرار خواهند گرفت. از نر