ОСОБЕННОСТИ ПОВЕДЕНИЯ ПРИМЕСЕЙ В ГЕРМАНИИ ПРИ БЕСТИГЕЛЬНОЙ ЗОННОЙ ПЛАВКЕ В КОСМОСЕ

© А.В.Картавых, Э.С.Копелиович, М.Г.Мильвидский, В.В.Раков
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Секция "К.Э. Циолковский и проблемы космического производства"
1998 г.

В докладе представлена обработка результатов экспериментов по БЗП германия, легированного галлием, необходимых для понимания специфики "космических" кристаллизационных процессов. Эти эксперименты проводились ранее (1985 - 1990 гг.) на борту автоматических спутников серии "Фотон",

Среди процессов, определяющих особенности тепломассопереноса (ТМП) в расплавах в невесомости, особе место занимают капиллярные виды конвекции (конвекция Марангони) с преобладающим влиянием концентрационной конвекции Марангони. Подтверждением этого служат два экспериментальных наблюдения: 1) существование проблем с проплавлением исходных заготовок, нарастающих по мере снижения уровня легирования; 2) закономерное изменение формы фронта кристаллизации в зависимости от уровня легирования при выращивании кристаллов в идентичных тепловых условиях,

В результате выполнения серии ростовых экспериментов, помимо 4-х контрольных (земных), было получено 9 "космических" монокристаллов Ge в полностью автоматическом режиме на борту 4-х однотипных КА "Фотон", в идентичных условиях. Все кристаллы исследовались по единой схеме.

Основным результатом проведенной работы является экспериментальное обнаружение сильной аномальной зависимости эффективного коэффициента распределения Ga в Ge от содержания примеси в расплаве, наблюдаемое только в "космических" кристаллах. Очевидно, наблюдаемые аномалии распределения Ga в твердой фазе являются следствием протекания специфических концентрационно-зависимых процессов ТМП в расплаве в условиях микрогравитации. В качестве исходных данных для последующего построения гидродинамических моделей был проведен расчет для каждой точки зависимости эффективной толщины диффузионного слоя у межфазной границы в расплаве от Сж. Внешние динамические воздействия на расплав в космосе будут, безусловно, вносить искажения в концентрационную зависимость. Выявление ярко выраженных концентрационно-зависимых эффектов легирования стало возможным благодаря проведению экспериментов на автоматических КА, характеризуемых стабильно низким уровнем микрогравитации.