Bei der Vertical Gradient Freeze-Züchtung von Halbleiterkristallen bis zu einem Durchmesser von 2″ wurde in einer speziell entwickelten Anlage die Beeinflussung des Wärme- und Stofftransports in der Schmelze durch ein rotierendes Magnetfeld (RMF) untersucht. An GaAs- und Ge-Kristallen konnte bei Einwirkung des RMF eine verminderte Durchbiegung der Phasengrenze aufgrund geringerer radialer Temperaturgradienten festgestellt werden. Die Analyse der Segregationsprozesse ergab unter RMF-Einfluss signifikante Änderungen der Ausdehnung der Diffusionsgrenzschicht vor der Phasengrenze. Dies spiegelte sich in einer verbesserten axialen und radialen Homogenität der Ladungsträgerverteilung in den Kristallen wider. Die kritische magnetische Taylor-Zahl, die den Übergang von stationärer zu instationärer RMF-Konvektion charakterisiert, konnte für verschiedene Geometrieverhältnisse der Schmelze experimentell bestimmt werden.

A good understanding of the solidification process of a cast material is essential to understand how the combination of alloy composition and the casting process variables combines into the solid cast component and its performance. The wrong combination may result in poor performance or casting defects. Spheroidal graphite has been well researched in ductile irons (SGI) where it is predominant. Spheroidal graphite is also present in smaller amounts in compacted graphite irons (CGI), but its nature and role in this material is less understood. Recent associations of spheroidal graphite in CGI with shrinkage porosity problems highlights the need for better understanding in this area. The importance of the dendritic austenite structure to the properties and solidification behaviour of cast irons has been highlighted in recent research. However, progress is to a degree limited by lack of practical means to characterize the structure. In the present work, the transition of a cast iron from SGI to CGI though remelting was studied. As the fraction of SG dropped, the tips of the compacted graphite tended to lose contact with the melt at a later stage. After this occurred, solidification appeared to be dominated by spheroidal graphite. Compacted and spheroidal graphite was found to solidify mostly segregated, and the increased recallescence induced by a higher fraction of compacted graphite displayed small influence on the size distribution of spheroidal graphite apart from the total number and fraction. The partitioning of Si, Mn and Cu in SGI and CGI was found to agree well with each other, as well as with theoretical predictions under the assumptions of zero diffusion of the elements in the solid. This shows that the proportions of spheroidal and compacted graphite has small or no influence on the evolution of these elements in the melt during solidification. A method for characterization of the dendritic austenite in quenched cast irons was introduced and evaluated. The method includes a technique for producing a visual contrast between the ledeburite matrix and the dendritic austenite, and a scheme for producing binary images from the resulting micrographs which are suitable for automatic image analysis. Measurements of the volume fraction and surface area per unit volume of the dendritic austenite structure using the introduced method was found to agree reasonably with traditional point counting and line intercept techniques. The difficulty in finding the exact boundary was proposed to be the major source of systematic disagreement. / En god förståelse för stelningsprocessen av ett gjutet material är väsentligt för att förstå hur kombinationen av legeringens kemiska sammansättning och gjutprocessens variabler resulterar i den stelnade komponenten och dess prestanda. Fel kombination kan resultera i sänkt prestanda eller gjutdefekter. Sfärisk grafit är väl studerad i segjärn (SGI) där grafitmorfologin är dominant. Mindre mängder sfärisk grafit är dock närvarande även i kompaktgrafit, där dess karaktär och roll är mindre känd. Samband mellan sfärisk grafit i kompaktgrafitjärn och krympporositet understryker behovet av bättre förståelse inom detta område. Dessutom har betydelsen av den tidiga dendritiska austenitstrukturen för senare delen av stelningen uppmärksammats. Utveckling inom detta område är dessvärre till en grad begränsad av bristen på kunskap om praktiska metoder för att karaktärisera dess struktur. I detta arbete studerades övergången från segjärn till kompaktgrafit genom omsmältning. Vid sänkt fraktion sfärisk grafit visade sig kompaktgrafiten tappa kontakten med smältan vid senare stadie av stelningen. Efter detta inträffade, dominerades stelningen till synes av tillväxt av sfärisk grafit. Kompaktgrafit och sfärisk grafit bildades i huvudsak segregerade. Ökad rekallesens till följd av ökad fraktion kompaktgrafit visade sig ha låg inverkan på storleksfördelningen av eutektisk sfärisk grafit bortsett från dess totala antal och fraktion. Omfördelningen av Si, Mn och Cu mellan stelnad matris och smälta i segjärn och kompaktgrafitjärn fanns stämma bra överens med varandra, samt med teoretiska värden med antagande om försumbar diffusion i stelnad matris. Detta visar att proportionerna av sfärisk och kompaktgrafit har liten eller ingen inverkan på halten av dessa ämnen i smältan under stelningen. En metod för karaktärisering av den dendritiska austenitstrukturen i släckt gjutjärn introducerades och utvärderades. Metoden inkluderar en teknik för att åstadkomma kontrast mellan ledeburitmatrisen och den dendritiska austeniten, och en teknik för att producera binära bilder från resulterande mikroskopbilder som är lämpliga för automatisk bildanalys. Mätningar av volymfraktion och yta per volymenhet av dendritstrukturen genom tillämpning av den introducerade metoden visade rimlig överensstämmelse med traditionella punktfraktion‐ och linjetekniker. Svårigheten att hitta den exakta gränslinjen mellan dendritisk struktur och ledeburit föreslogs vara den huvudsakliga källan till systematisk oöverensstämmelse.

Bei der Vertical Gradient Freeze-Züchtung von Halbleiterkristallen bis zu einem Durchmesser von 2″ wurde in einer speziell entwickelten Anlage die Beeinflussung des Wärme- und Stofftransports in der Schmelze durch ein rotierendes Magnetfeld (RMF) untersucht. An GaAs- und Ge-Kristallen konnte bei Einwirkung des RMF eine verminderte Durchbiegung der Phasengrenze aufgrund geringerer radialer Temperaturgradienten festgestellt werden. Die Analyse der Segregationsprozesse ergab unter RMF-Einfluss signifikante Änderungen der Ausdehnung der Diffusionsgrenzschicht vor der Phasengrenze. Dies spiegelte sich in einer verbesserten axialen und radialen Homogenität der Ladungsträgerverteilung in den Kristallen wider. Die kritische magnetische Taylor-Zahl, die den Übergang von stationärer zu instationärer RMF-Konvektion charakterisiert, konnte für verschiedene Geometrieverhältnisse der Schmelze experimentell bestimmt werden.