Modélisations axisymétrique et tridimensionnelle des aspects hydrodynamiques de la technique de Czochralski (avec ou sans encapsulant) pour la croissance des matériaux à partir d'un bain fondu

Axisymetric and three-dimensional modelling of hydrodynamic aspects of the Czochralski technique with or without encapsulant, in cristal growth from the melt

• Auteur / Autrice : Jean-Pierre Fontaine
• Direction : Patrick Bontoux
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des fluides
• Date : Soutenance en 1990
• Etablissement(s) : Aix-Marseille 2
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale de mécanique, physique & modélisation (Marseille)
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université d'Aix-Marseille II. Faculté des sciences (1969-2011)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Hydrodynamique

Modélisation tridimensionnelle

Résumé

Cette etude concerne la prevision et l'analyse des regimes d'ecoulement, stationnaires ou non, qui se developpent au cours d'un processus de croissance des materiaux avec la technique de czochralski, modelisee avec ou sans liquide encapsulant. Le modele mathematique repose sur les equations couplees de navier-stokes et d'energie, avec l'approximation de boussinesq. Le systeme d'equations est resolu a l'aide d'une methode d'elements finis (de type galerkin et utilisant une formulation penalisee). Les effets combines du gradient thermique et de la rotation differentielle sur l'ecoulement et sur le champ de temperature sont consideres pour une configuration axisymetrique. Une attention particuliere est portee a l'influence du liquide encapsulant (fort nombre de prandtl 10 pr#e 3270) sur un bain fondu metallique (faible nombre de prandtl pr#m=0,015). L'analyse se rapporte a divers regimes d'ecoulements crees par la variation du nombre de grashof (jusqu'a gr#m=1,9. 10#7) et des nombres de reynolds de rotation du cristal (jusqu'a re#s=10#4) et du creuset (jusqu'a re#c=1,5. 10#4); ces parametres limites correspondent a des situations reelles de croissance. Dans une seconde partie un modele tridimensionnel, de type czochralski sans encapsulant, simplifie a ete considere. Le fluide est soumis a un faible gradient thermique et a la rotation du cristal. La resolution des equations, formulees en vorticite-vitesse, est effectuee avec une methode de differences finies. L'ecoulement obtenue reste axisymetrique et stationnaire (ce qui correspond a un mouvement en spirale regulier) pour les faibles vitesses de rotation; puis devient instationnaire et tridimensionnel (re#s=500), comprenant cependant une structure a 7 vagues suivant l'azimut