Analytical and numerical studies of the dewetted bridgman process : capillarity, heat transfer and stability

• Auteur / Autrice : Simona Epure
• Direction : Thierry Duffar, Stefan Balint
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil
• Date : Soutenance le 06/05/2011
• Etablissement(s) : Grenoble en cotutelle avec Universitatea de Vest (Timişoara, Roumanie ; 1962-...)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ingénierie - matériaux mécanique énergétique environnement procédés production (Grenoble ; 2008-....)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Sciences et Ingénieurie des Matériaux et des Procédés
• Jury : Président / Présidente : Viorel Negru
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Thierry Duffar, Stefan Balint, Abdesslem Ben haj amara, Thomas Wurtenberger, Liliane Guerente
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Horia Ene, Vitali Tatartchenko

Mots clés

Mots clés libres

Ménisque (simulation numérique)

Stabilité

Bridgman démouillage

Meniscus shape (Numerical simulation)

Stability

Dewetted Bridgman (Crystal growth)

Résumé

Le phénomène de démouillage est caractérisé par la croissance d'un cristal sans contact avec la paroi du creuset due à l'existence d'un ménisque liquide au niveau de l'interface solide-liquide. Ceci crée un espace de quelques dizaines de micromètres entre le cristal et le creuset dans lequel il est élaboré et une des conséquences immédiates de ce phénomène est la nette amélioration de la qualité du cristal. Dans le cas du démouillage, la forme du ménisque est décrite par l'équation de Young-Laplace à partir de laquelle on a pu établir le système des équations différentielles non-linéaires qui décrivent l'évolution du rayon du cristal et de la hauteur du ménisque en fonction de diverses perturbations. L'intérêt réside dans la possibilité d'étudier numériquement, à partir de ces équations, les solutions stationnaires, leur stabilité, statique et dynamique, et d'effectuer une étude de la sensibilité des solutions vis-à-vis des paramètres du procédé et des conditions initiales.

The phenomenon of dewetting is characterized by the Vertical Bridgman growth of a crystal without contact with the crucible wall due to the existence of a liquid meniscus at the level of the solid-liquid interface which creates a gap between the grown crystal and the inner crucible wall. One of the immediate consequences of this phenomenon is the drastic improvement of the crystal quality. In order to bring crucial information concerning dewetted phenomenon, detailed theoretical results and numerical simulations are necessary, on the basis of the mathematical models able to reflect better the real phenomenon which should include all essential processes appearing during the growth. The main problem of the dewetting growth and the related improvements of the material quality is the stability of the growth process. In this context, the goal of the present work is to perform analytical and numerical studies for capillarity, heat transfer and stability problems of the dewetted Bridgman process.