Producing solar grade silicon using an inexpensive method is a key factor in lowering silicon solar cell costs; the direct electrochemical reduction of SiO2 in molten salt is one of the more promising candidates for manufacturing this silicon. In this study, SiO2 granules were electrochemically reduced in molten CaCl2 (850℃) using Ag-Si eutectic droplets that catalyze electrochemical reduction and purify the Si product. When Ag is used as the working electrode, the Ag-Si eutectic mixture is formed naturally during SiO2 reduction. However, since the Ag-Si eutectic droplets are liquid at 850℃, they are easily lost during the reduction process. To minimize the loss of liquid Ag-Si eutectic droplets, a cylindrical graphite container working electrode was introduced and Ag was added separately to the working electrode along with the SiO2 granules. The graphite container working electrode successfully prevented the loss of the Ag-Si eutectic droplets during reduction. As a result, the Ag-Si eutectic droplets acted as stable catalysts for the electrochemical reduction of SiO2, thereby producing one-dimensional Si rods through a mechanism similar to that of vapor-liquid-solid growth.
Proceedings of the Korean Powder Metallurgy Institute Conference
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한국분말야금학회 2006년도 Extended Abstracts of 2006 POWDER METALLURGY World Congress Part2
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pp.859-860
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2006
TiC-$TiB_2$-SiC system was a ternary eutectic, whose eutectic composition was 34TiC-$22TiB_2$-44SiC (mol%). TiC-$TiB_2$-SiC ternary eutectic composite were synthesized by a floating zone method using TiC, $TiB_2$ and SiC powders as starting materials. The TiC-$TiB_2$-SiC eutectic composite showed a lamellar texture. TiC(022), $TiB_2(010)$ and SiC(111) of the eutectic composite were perpendicular to the growth direction. TiC-$TiB_2$-SiC ternary eutectic composite had specific relationship among the crystal planes: TiC[011]//$TiB_2[010]$//SiC[112], TiC(200)//$TiB_2$(001)//SiC(402) and $TiC(1\bar{1}1)$//$TiB_2(101)$//SiC(220).
The solidification cracking susceptibilities of Al-Mg-Si alloy laser welds were assessed using the self-restraint tapered specimen crack test. The cracking susceptibility of 6061 and 6082 Al-Mg-Si alloy laser welds was substantially reduced when the filler wire containing high Si such as Al-12 wt.% Si (4047A) was used. The amount of eutectic was observed to affect the solidification cracking of Al-Mg-Si alloy laser welds. Abundant eutectic seems to heal the cracking and reduces the cracking susceptibility, while an initial increase in eutectic liquid leads to the increased cracking tendency.
In order to understand the solidification behavior and microstructural evolution of the Al-Cu-Si ternary eutectic alloy system, changes of the microstructure of the Al-Cu-Si ternary eutectic alloy with different cooling rates were investigated. When the mold preheating temperature is 500℃, primary Si and Al2Cu dendrites are observed, with (α-Al+Al2Cu) binary eutectic and needle-shaped Si subsequently observed. In addition, even when the mold preheating temperature is 300℃, primary Si and Al2Cu dendrites can be observed, and both (α-Al+Al2Cu+Si) areas observed and areas not observed earlier appear. When the mold preheating temperature is 150℃, bimodal structures of the binary eutectic (α-Al+Al2Cu) and ternary eutectic (α-Al+Al2Cu+Si) are observed. When the preheating temperature of the mold is changed to 500℃, 300℃, and 150℃, the greatest change is in the Si phase, and upon reaching the critical cooling rate, the ternary eutectic of (α-Al+Al2Cu+Si) forms. If the growth of the Si phase is suppressed upon the formation of (α-Al+Al2Cu+Si), the growth of both Al and Cu is also suppressed by a cooperative growth mechanism. As a result of analyzing the Al-27wt%Cu-5wt%Si ternary eutectic alloy with a different alloy design simulation programs, it was confirmed that different results arose depending on the program. A computer simulation of the alloy design is a useful tool to reduce the trial and error process in alloy design, but this effort must be accompanied by a task that increases reliability and allows a comparison to microstructural results derived through actual casting.
In this study, the electromagnetic vibration is adopted for modifying eutectic Si phase and reducing its size. The higher the current density and frequency of electromagnetic vibration(EMV), the finer the size of eutectic Si phase. The tensile strength and elongation of EMVed alloy were highly improved. Measured twin probability of EMVed alloy at a frequency of 1000 Hz was approximately six times as high as that of the normal alloy. The mechanism for the increase in twin density due to EMV during solidification could be supposed from the fact that the preferential growth along <112> in silicon was suppressed by preventing Si atom from attaching to the growing interface of Si phase and by changing the solid/liquid interfacial energy of silicon. According to the result of UTS test, because of modification of eutectic Si, UTS and elongation are highly increased.
대한용접접합학회 2002년도 Proceedings of the International Welding/Joining Conference-Korea
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pp.577-582
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2002
The solidification cracking susceptibilities of AI-Mg-Si alloy laser welds were assessed using the self-restraint tapered specimen crack test. The cracking susceptibility of 6061 and 6082 Al-Mg-Si alloy laser welds was substantially reduced when the filler wire containing high Si such as Al-12 wt.% Si (4047A) was used. The amount of eutectic was observed to affect the solidification cracking of Al-Mg-Si alloy laser welds. Abundant eutectic seems to heal the cracking and reduces the cracking susceptibility, while an initial increase in eutectic liquid leads to the increased cracking tendency.
Al-Si alloy powder produced by the gas atomizer showed fine eutectic structure between ${\alpha}-dendrites$, that was grown by coupled growth, and there remained small amount of ${\alpha}$ in Al - 20 wt% Si alloy. The morphology of Si in the eutectic structure was largely influenced by the recalescence caused by solidification latent heat, and that was thought to be due to decrement of the surface energy of Si. In modified eutectic Si by rapid solidification, fine twin about $0.01\;{\mu}m$ was observed and growth direction of eutectic Si was <112>. This fact implied that the growth mechanism of eutectic Si in rapid solidification was related to TPRE mechanism. Due to rapid solidification Si was soluble in ${\alpha}-phase$ in Al - 12.6wt%Si alloy up to about 3.4wt%, and the solubility of Si in ${\alpha}-phase$ reaches the equilibrium solubility stare after 60min, holding when it was held isothermally at $253-296^{\circ}C$.
The effects of Sc and Sr elements on the modification of the eutectic $Mg_2Si$ phase and the castability were investigated in the Al-4wt%Mg-0.9wt%Si-0.3wt%Mn-0.15wt%Fe alloy. Measurements of the cooling curve and microstructure observations were performed to analyze the additional effects of Sc and Sr minor elements during the solidification process. A prominent effect found on the modification of the eutectic $Mg_2Si$ phase with additions of the Sr and Sc elements. Here, a fine eutectic $Mg_2Si$ phase and a decrease in the growth temperature of the eutectic $Mg_2Si$ phase were evident with an addition of Sc element up to 0.2 wt%. The growth temperature of the eutectic $Mg_2Si$ phase decreased and the effect on the modification of the eutectic $Mg_2Si$ phase increased with the addition of Sr element up to 0.02 wt%. The addition of 0.02wt%Sr had the strongest effect on the modification of the eutectic $Mg_2Si$ phase, and the resulting microstructure of the eutectic $Mg_2Si$ phase was found to have a fibrous morphology with a decreased aspect ratio and an increased modification ratio. Fluidity and shrinkage tests were conducted to evaluate the castability of the alloy. The addition of 0.02wt%Sr effectively increased the fluidity of the alloy, while an addition of Sc did not show any effect compared to when nothing was added. The maximum filling length was recorded for 0.01wt%TiB-0.02wt%Sr owing to the effect of the fine ${\alpha}$-Al grains. The macro-shrinkage ratio decreased, while the micro-shrinkage ratio increased with the addition of various eutectic modifiers. The highest ratio of micro-shrinkage was recorded for the 0.02wt%Sr condition. However, the total shrinkage ratio was nearly identical regardless of the amounts added in this study.
Suh, Jun-Young;Park, Sung Jin;Lee, Hee-Kwon;Chang, Si Young
Korean Journal of Materials Research
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제30권2호
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pp.51-56
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2020
In this study, three kinds of metal chills such as SS400, AC4CH and brass, with different thicknesses of 40 ~ 80 mm, were applied for low pressure casting of Al-Si alloy to control cooling rate. The microstructural characteristics with increasing cooling rate were represented using factors including D1, D2, size of primary α phases and shape factor and size of eutectic Si. The tensile properties were investigated and additionally analyzed based on the microstructural characteristics. As the cooling rate increased, D1, D2, and sizes of primary α phases and eutectic Si apparently decreased and the shape factor of eutectic Si increased to over 0.8. The ultimate tensile strength (UTS) and yield strength (YS) increased with decreasing D1, D2, and size of primary α phases, while elongation increased with decreasing size of eutectic Si and concurrently increasing shape factor of eutectic Si. This indicated that the primary α phases and eutectic Si in Al-Si alloy were refined with increasing cooling rate, resulting in improvement of UTS and YS without sacrificing elongation. After the tensile test, preferential deformation of primary α phases was observed in the Al-Si alloy produced at higher cooling rates of more than 0.1 K/s.
In this study, the influence of impurity element Ca, P on solidification behavior and morphology of eutectic silicon was examined by observation of microstructure and by DSC analysis. In the case of 1.3 ppm P, eutectic Si was fine and fibrous when the added amount of Ca was 500 ppm, However, the modification of eutectic Si was depressed by formation of polygonal Ca-Si compounds when the addition amount of Ca was greater than 1000 ppm. The addition of Ca 500 ppm depressed the primary and eutectic temperature. The primary and eutectic temperature were depressed with Ca 500 ppm but rather ascended when the addition amount of Ca was more than 1000 ppm. When the content of P was 17.5 ppm, eutectic Si had modified morphology with Ca addition. DAS was increased, the primary temperature was ascended and eutectic temperature was depressed with Ca added. Eutectic Si appeared as coarse flake phase and DAS was decreased with the increase of P content. The existence of P in the melt depressed the primary temperature and ascended eutectic temperature.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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