538 北京科技大学学报 2005年第5期 8 (a)A点 8OB点 61 61 1单热源 2二热源 4 1单热源 4 3平行三热源 2二热源 2 2 4立体三热源 3平行三热源. 2 0 44 3 0 10203040506070 80 01020304050607080 供电时间h 供电时间h 图3A,B点的热流强度随时间的变化规律 Fig.3 Relations of thermal flow intensity with time at points A and B 3.2温度场变化规律 3000 1单热源 从图4中B点的温度随时间的变化规律可 2二热源 2000- 以看出：单热源作用时，B点温度变化平缀，供电 3平行三热源 结束时B点的温度只有818℃，远低于SiC的合 4立体三热源 成温度⑧：双热源作用时，供电初期，B点温度上 是1awl 升缓慢，中期温度上升速度明显加快，供电后期， 0 温度上升又趋于平缓，这一规律在三热源炉中表 010 20304050 607080 供电时间h 现更为突出.曲线2在供电结束时的温度为 图4B点的温度随时间变化规律 1855℃，此温度已经能够合成B-SiC,平行三热 Fig.4 Relations of temperature with time at point B 源炉由于热源屏蔽，供电结束B点温度为 33温度梯度变化规律 1903℃；立体三热源合成炉内，供电结束时B点 由图5供电结束时多热源炉的温度梯度图可 温度大幅升高，较单热源炉提高了1440℃，热能 叠加效果非常明显.表明多热源合成炉充分利用 以看出，多热源合成炉内热源结合部温度梯度由 了在单热源炉中散失掉的部分热能，使得在单 单热源1080~2160℃·m1一平行三热源715~1431 热源炉中无法形成SC的区域，生成了SC,并 ℃m1→立体三热源671~1342℃m,温度梯度 且在立体三热源合成炉中形成了高结晶SC产品 逐渐降低，温度均匀性更好，低温度梯度分布范 温区， 围更宽，多热源合成炉内无高温聚集区，生产更 平稳更安全. 从图4看出，在合成中期，B点温度变化较 快.主要是因为供电初期炉芯周围生成SC的导 3.4试验结果与分析 工业现场立体三热源炉和平行三热源炉所 热系数6.299.63Wm.K远远大于物料的导热 系数0.23-0.47W·m.K',此时已形成的SiC结晶 形成的结晶筒照片（图6）可以看出，立体三热源 简也充当了热源的作用，传热动力与物质扩散动 炉由于三热源之间物料透气性较差，炉体中间部 力增强，反应更剧烈.此现象预示着SC产物的 位距离炉芯相对较远，S蒸气扩散受到阻碍，该 区域SC远不如炉芯周围的致密，在立体三热源 大量生成与质量调整在合成的中后期，所以在合 成的中后期应严格控制生产工艺. 之间出现了一个似三角形的空区.因此，应充分 注意立体炉型热源结合部物料的配比，应减小热 (a) 21红 3239 39 2730 214 3576 图5多热源合成炉炉内温度场温度梯度图（℃·m) Fig.5 Temperature gradient in a multi-heat source furnace一 5 3 8 - 北 京 科 技 大 学 学 报 2 0 5 年 第 5 期 供 电时间厄 图 3 A , B 点 的热流 强度 随时 间 的变化 规律 供 电时 间小 1 2 温 度 场 变化 规 律 F i.g 3 R e al 对o n s o f t七e rm a l fl o w 玩te ” 亩钾 初t卜 肠. e a t OP in ts A a u d B 3 0 0 0 广 es es es es es es es 一 - 一 一 - 4 月、ù 2 n n 0 ù 、侧明g 从 图 4 中 B 点 的温度 随时 间 的变 化规 律 可 以看 出 : 单热 源 作用 时 , B 点温 度 变化 平缓 , 供 电 结 束 时 B 点 的温 度 只 有 81 8 ℃ , 远低 于 is C 的合 成温度 `幻; 双 热源 作 用 时 , 供 电初 期 , B 点温 度 上 升缓慢 , 中期温度 上 升速度 明显 加 快 , 供 电后期 , 温 度 上升 又趋 于 平缓 , 这 一 规律 在三 热源 炉 中表 现 更 为 突 出 . 曲线 2 在 供 电 结 束 时 的 温 度 为 1 85 5℃ , 此温 度 己经 能 够合 成 p 一 SI lC[ , , ; 平行 三 热 源 炉 由 于 热 源 屏 蔽 , 供 电 结 束 B 点 温 度 为 1 90 3℃ : 立 体 三热 源合 成 炉 内 , 供 电结 束时 B 点 温 度 大 幅升 高 , 较 单热 源 炉 提 高 了 1 4 40 ℃ , 热 能 叠 加效 果 非常 明显 . 表 明多热源 合 成炉 充分 利 用 了在 单 热 源 炉 中 散 失掉 的部 分 热 能 , 使得 在 单 热 源 炉 中无 法 形成 SI C 的 区 域 , 生成 了 SI C , 并 且 在立 体 三热 源合 成炉 中形 成 了高 结晶 is C 产 品 温 区 `101 . 从 图 4 看 出 , 在合 成 中 期 , B 点温 度 变 化较 快 . 主要 是 因 为供 电初期 炉 芯周 围生成 is C 的 导 热 系数 .6 2 -9 .9 63 W · m 一 , · K 一 ’远 远 大 于物料 的 导热 系 数 .0 23 一 0 . 4 7 W · m 一 ’ · K 一 ’ , 此 时 已 形成 的 is C 结 晶 筒 也充 当了热源 的作用 , 传 热动 力 与物 质扩 散动 力 增强 , 反 应 更剧 烈 . 此现 象 预 示着 SI C 产物 的 大 量生 成 与质量 调 整在 合成 的 中后 期 , 所 以在合 成 的 中后 期应 严 格控 制 生 产工 艺 . 2 0 0 0 1 单热源 2 二热源 3 平行三热源 4 立体三热源 0 匕曰 . 典国 巴巴二二二二` - -孟 一 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6() 7 0 8 0 供 电时 间瓜 图 4 B 点的温 度随 时 间变化 规律 珑.4 R e l a iot ” of et . 碘ar 加牌 w 妞血柱. e at 和纽t B 1 3 温 度 梯 度变 化 规律 由图 5 供 电结束 时 多热源 炉 的温 度梯度 图可 以看 出 , 多 热源合成 炉 内热 源 结合 部温度梯 度 由 单热 源 1 08 0 ~ 2 160 ℃ · m 一 公 平行 三 热源 7 15一 1 43 1 ℃ · m 一 , 一 立 体三 热 源 6 7 1一 1 3 42 ℃ · m 一 ’ , 温 度 梯 度 逐渐 降低 , 温 度 均 匀性更 好 , 低 温度 梯度 分 布 范 围更宽 , 多 热源 合 成炉 内无 高温 聚 集 区 , 生 产 更 平稳 更 安全 . .3 4 试验 结 果 与分 析 工 业现 场 立 体 三 热 源 炉 和 平 行 三 热源 炉 所 形成 的结 晶筒照 片 ( 图 6) 可 以看 出 , 立体 三 热源 炉 由于三 热源 之 间物 料透 气 性较 差 , 炉 体 中间 部 位 距 离 炉 芯相对较 远 , iS 蒸 气扩 散受 到 阻碍 , 该 区 域 is C 远 不 如 炉 芯周 围的致 密 , 在 立体 三 热源 之 间 出现 了一 个似三 角 形 的 空区 . 因此 , 应 充分 注 意立 体 炉型 热源 结 合部 物料 的 配 比 , 应 减 小热 图 5 多热源 合成炉 炉 内温度场 温度 梯度图 ( ℃ · m 一 ) 价g · 5 eT m p e r a ot . g r a d i e n t 加 a . u l林h e a t s o . 概 fu 门ac e