化学气相沉积法制备纳米硅材料的数值模拟

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化学气相沉积法(CVD)具有生产成本低、工艺过程简单、产品品质高、粒径可控等优点,是纳米颗粒材料研究与开发的重要制备技术之一。考虑到实验周期长、成本高和外界条件的影响,所以采用数值方法模拟纳米颗粒反应炉内流动、传热和反应过程对于工艺优化具有重要意义。   本文对火焰化学气相沉积法(FCVD)制备白炭黑的工艺过程进行了模拟。采用Standard k-ε、RNG k-ε和Realizable k-ε三种不同的湍流模型,对FCVD法制备纳米SiO2颗粒的湍流扩散火焰进行了数值模拟,结果表明Realizable k-ε模型预测的温度分布和火焰长度与实验结果相吻合;对氧气投入量的多少进行数值模拟,分析投氧量对温度、速度和浓度分布的影响,结果表明增加投氧量可以提高炉内气体的温度和速度,但会减少主要产物的产量。采用数值模拟的方法可以为白炭黑生产工艺的优化提供理论依据。   对化学气相沉积法(CVD)制备多晶硅的工艺过程进行模拟。通过对化学反应进行敏感性分析总结出一套简化的气相、表面反应机理,将湍流流动与详细的化学反应机理相耦合模拟多晶硅的沉积过程。结果表明,硅棒顶端沉积速率较低,主要原因是硅棒顶端湍流复杂,“刻蚀”现象严重。通过数值模拟实验可以控制硅棒生长条件,使硅的表面沉积更加均匀。
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