Instationnarités et striations associées en solidification dirigée

Unsteadiness and related striation in directional solidifications

¹ Université de Provence, IRPHE/UMR-CNRS 6594, IMT La jetée, 38 avenue Joliot-Curie, 13451 Marseille cedex 20, France
² Laboratoire Matop, URA/CNRS 1530, Université d'Aix-Marseille III, Case 151, 13397 Marseille cedex 20, France

Résumé

Nous étudions numériquement les structures hydrodynamiques de la convection solutale dans le bain fondu, lors de la solidification dirigée d'alliages binaires. Plus précisément, cette étude porte sur les alliages Pb-30%Tl en configuration dite de "Bridgman verticale" avec un tirage vers le haut. Pour des valeurs élevées du nombre de Rayleigh solutal, nous suivons les diverses branches de solutions stationnaires jusqu'aux seuils d'apparition des phénomènes instationnaires. Ces transitions à l'instationnarité sont étudiées en fonction du confinement et, le long de ces nouvelles branches de solution, nous estimons l'ordre de grandeur de la fluctuation temporelle de la composition à l'interface. Cette dernière étant responsable d'une striation qui est incorporée par le solide lors de sa croissance, nous caractérisons ce phénomène en termes d'amplitude de striation (i.e. intensité de la fluctuation de composition) et de période spatiale de striation.

Abstract

2-D unsteady flow patterns in upward Bridgman solidification are numerically investigated. The alloy under study is Pb-30%Tl. The purpose of the contribution is to characterise the striations induced by unsteadiness in the growing crystal. Unsteady solution branches are studied from onset threshold of unsteadiness to chaos. We report two examples for which time behaviour of a given solution branch is studied versus Rayleigh number. We then estimate the magnitude of the time fluctuations in solute composition that the crystal incorporates. The period of the striations is also discussed.