Solidification of polycrystalline silicon ingots : simulation and characterization of the microstructure

Polycrystalline silicon prepared by directional solidification exhibits a very heterogeneous morphology. Consequently the global methods of quantitative image analysis are not applicable. On the contrary, the P(l) function gives access to the size distribution in number F(l) and in weight G(l). For a given stage of the growth, the effect of new grains was simulated and was seen to modify markedly the slope of the size distributions at the origin.La morphologie du silicium polycristallin obtenu par solidification dirigée est très hétérogène et ne peut pas être analysée par les méthodes globales d'analyse quantitative d'images. Par contre il est possible d'utiliser la fonction P(l) qui donne accès aux distributions de tailles en nombre, F(l), et en mesure, G(l). Les résultats obtenus sur une simulation d'apparition de nouveaux grains à un stade donné de la croissance, ont permis de montrer que la pente à l'origine de la distribution en nombre, F (l), est très sensible à une germination secondaire

SIMULATION OF THE RUPTURE OF CERAMICS FROM SURFACE FLAWS

Dans ce travail nous simulons la propagation de petits défauts de surface dans le cas de la fatigue dynamique de céramiques polycristallines. Les paramètres essentiels sont un facteur critique d'intensité de contrainte effectif local et la corrosion sous contrainte. On montre que la contrainte à la rupture reste constante sur un large domaine de tailles du défaut initial. Les résultats obtenus sont discutés en fonction des données de la littérature. Il semble que les défauts d'indentation sont des défauts modèles pour de tels travaux, à l'opposé des défauts naturels où le voisinage microstructural influe beaucoup sur le choix des paramètres à introduire dans le programme de simulation.In this work the propagation of small surface flaws in polycrystalline ceramics has been computer-simulated in the case of dynamic fatigue. Local effective critical stress intensity factors and subcritical crack growth have been taken into account. It is shown that the rupture stress remains constant with varying initial flaw size in a large size domain. The results are compared and discussed with respect to literature data. Controlled flaws from indentation may be used as mode1 flaws for such investigation in contrast to natural flaws where the adjacent microstructure affects very much the input-parameters for simulation

Étude de surface d'une poudre d'alliage d'aluminium

Electron Spectroscopy for Chemicals Analysis (ESCA) was used to determine the concentration of elements in the surface of aluminum alloy of the type ASGM 0.7. Aluminum, silicon and magnesium can exist either in the form of element or element oxide. It was shown that the oxides are amorphous. Subsequently, the increase in magnesium oxide following a heat treatment was determined. The increase in thickness was studied for specimens heated at 410 and 535 °C. It appears that with increasing temperature the proportion of MgO increases and also the valency of the bonds is higher than for compact material. Argon ion beam milling was used to remove surface layer enabling sub-surface analysis of the powder. The ratio {$I_{\rm MgO}/(I_{\rm AlO} + I_{\rm Al})$} ($I$ refers to integrated intensity of photoelectronic peaks) was determined using an empirical formula. It approaches a constant value asymptocally with increasing depth. The ratio is 5% for compacted material heated at 410 °C. It was shown that alumina exists in the amorphous state and does not crystallize to $\gamma{-}{\rm Al}_2{\rm O}_3$ on heating. The increase in MgO could be due to the slow sublimation of magnesium.La spectroscopie de photoélectrons X (ESCA) a permis d'analyser les éléments superficiels d'un alliage d'aluminium ASGM 0,7. L'aluminium, le silicium et le magnésium présentent deux types de liaison, soit élément-oxyde, soit élément-élément. On a vérifié que les formes oxydées sont de structure amorphe. Dans un second temps, l'augmentation de la proportion d'oxyde de magnésium en surface intervenant après traitement thermique de cette poudre a été caractérisée. Ainsi, l'épaisseur de MgO a été étudiée pour des échantillons chauffés à 410 et 535 °C. Il apparaît que plus la température augmente, plus la proportion de MgO croît et, de plus, les valeurs des énergies de liaison élément-oxyde augmentent par rapport à celles dans le matériau brut. À l'aide de l'abrasion par jet d'Ar$^+$, le décapage superficiel des échantillons a permis une analyse en profondeur du matériau ; le rapport $\{I_{\rm MgO}/(I_{\rm AlO} + I_{\rm Al})\}$ ($I$ désigne l'intensité intégrée de raies photoélectronique) tend de façon asymptotique vers une valeur constante lorsque l'on progresse vers le cceur de l'échantillon. Ce rapport est égal à 5 % pour le matériau brut et celui chauffé à 410 °C. Qualitativement, on a mis en évidence l'existence d'une structure amorphe de l'alumine sans qu'il y ait une transformation sous la forme cristallisée $\gamma{-}{\rm Al}_2{\rm O}_3$ après chauffage du matériau. De ce fait, le phénomène physique inhérent à la présence croissante de MgO serait la sublimation lente du magnésium

CREEP OF HOT-PRESSED SiC-Al MATERIALS

Deux nuances de SiC-Al pressées à chaud (avec 0.3% et 1.5% d'additifs) ont été déformées en flexion trois points dans le domaine de températures 1300°C - 1750°C. Elles ont la même taille de grains, mais les observations fractographiques montrent que les joints de grains sont de nature et de résistance différentes. L'effet résultant est un tracé d'Arrhénius courbe, pour l'une des deux nuances. La forme particulière du tracé d'Arrhénius est expliquée en considérant une contribution mécanique et athermique à la cavitation. Les mécanismes de fluage de base sont soit de la diffusion, soit de la dissolution-reprécipitation.Two batches of hot-pressed SiC-Al materials (0.3% and 1.5% additives) have been deformed in three points bending in the temperature range 1300°C - 1750°C. They have the same grain sizes, but fractographic investigations show that the grain boundaries are of different nature and strength. The resulting effect is a curved Arrhenius plot for one of the grades. The special shape of the Arrhenius plot is explained taking a mechanical and athermal contribution to the cavitation process into account. The basic creep mechanism is shown to be either diffusion or dissolution-reprecipitation

MORPHOLOGICAL CHARACTERIZATION OF SiC MATERIALS

L'analyse quantitative d'images a été utilisée pour mesurer les principales caractéristiques morphologiques de quelques nuances de SiC-Al : caractéristiques granulométriques, forme et anisotropie des cristaux. L'homogénéité de ces céramiques a été étudiée par des méthodes statistiques.Quantitative image analysis were used to measure the main morphological characteristics of some SiC-Al materials : size distribution characteristics, shape and anisotropy of the Sic-crystals. Statistical methods were utilized to inform on the homogeneity of these materials

Le silicium polycristallin Polix : élaboration, propriétés et performances

Polycrystalline silicon ingots are grown by unidirectional solidification. An encapsulant is used to prevent impurities of the crucible from diffusing into the liquid bath. The influence of thermal, physical parameters on the photovoltaic properties of solar cells are controlled by morphological, structural, chemical analysis. Photovoltaic efficiency equal to 11 % is obtained after optimizing. Lower-grade silicon can be used provided that some specifications are respected.Les lingots de silicium polycristallin sont préparés par solidification unidirectionnelle, l'originalité de la méthode est due à l'utilisation d'un encapsulant qui agit comme une barrière entre le creuset et le bain liquide. L'analyse de la morphologie et des caractéristiques structurales, ainsi que l'analyse chimique ont permis de suivre l'influence des différents paramètres sur les propriétés photovoltaïques des cellules solaires. Leur optimisation a donné des rendements photovoltaïques de 11 %. Les conditions d'utilisation de silicium de qualité moindre sont définies

Silicon carbide — Titanium carbide nanocomposites: Microstructural investigation

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