勾形磁場是(shi)由空心方銅(tóng)管密繞而成(chéng)的兩個完全(quan)相同的獨立(lì)圓形直流線(xian)圈和外磁屏(ping)蔽體構成，将(jiāng)其安裝在單(dān)晶爐爐腔外(wài)部并與之同(tóng)心，其結構如(rú)圖1所示。給兩(liang)個線圈通以(yi)方向相反大(dà)小相同直流(liu)電流時，兩個(gè)線圈内部相(xiàng)鄰的磁極同(tóng)爲Ⅳ極，其内部(bu)磁場是由上(shang)下兩個線圈(quan)産生磁場合(hé)成而成，由于(yú)它們徑向分(fen)量方向相同(tóng)，其徑向分量(liàng)爲兩個徑向(xiang)量之合，而軸(zhou)向分量的方(fāng)向相反，其分(fen)量爲兩個徑(jìng)向量之差。這(zhe)樣以來，線圈(quan)内将形成一(yī)個以軸和上(shang)下對稱兼有(you)徑向和縱向(xiàng)分量的圓柱(zhù)非均勻發散(sàn)型磁場。磁場(chǎng)剖面分布如(ru)圖2所示。磁場(chang)強度可通過(guò)調整電流大(da)小改變。線圈(quan)外部的磁場(chǎng)通過高導磁(cí)率的磁屏蔽(bì)體被屏蔽，其(qi)目的是減少(shǎo)外部磁回路(lù)的磁阻降低(dī)磁損耗，提高(gāo)線圈内部磁(cí)場強度；同時(shí)，還可避免磁(ci)場裝置對外(wài)部環境的電(dian)磁污染。由于(yu)爐腔體使用(yong)的奧氏體不(bú)鏽鋼、内部的(de)石墨加熱器(qi)和坩埚均爲(wei)非磁性材料(liào)，所以，在研究(jiu)磁場時，可以(yǐ)将線圈視爲(wei)空心螺旋管(guǎn)線圈。
有限元(yuán)的分析過程(chéng)
在分析磁場(chǎng)強度和分布(bu)之前，首先要(yao)知道何種磁(cí)場分布及強(qiáng)度可有效地(di)抑制坩埚内(nei)熔融體的熱(rè)對流。根據已(yi)有研究結果(guǒ)表明：在直拉(la)法拉制單晶(jīng)過程中，對熔(rong)融體的熱對(dui)流起主要抑(yì)制作用的磁(cí)場是兩個線(xiàn)圈之間中心(xin)很窄區域磁(cí)場的徑向分(fèn)量Bx，。将這個區(qu)域施加在熔(róng)融體不同的(de)軸向位置所(suǒ)起的抑制作(zuò)用的強度不(bu)同，隻有施加(jia)于熔融體液(yè)面頂部可最(zui)大限度抑制(zhi)其流動，雖然(rán)這種作用在(zài)局部，但可極(ji)大地降低坩(gān)埚内整體熔(róng)融體的對流(liu)強度。在實際(ji)拉制單晶過(guò)程中磁場徑(jing)向分量曰，最(zui)大面始終保(bao)持在熔體液(yè)面下10mm處已證(zheng)明。從以上結(jie)論可知：在設(shè)計磁場參數(shu)時，盡可能使(shi)磁場的最強(qiang)區域的徑向(xiang)分量曰，最大(dà)，要使徑向分(fen)量B；達到最大(da)就必須分析(xī)影響磁場強(qiáng)度B，大小的主(zhǔ)要參數，如線(xiàn)圈匝數Ⅳ和直(zhi)流電流I線圈(quan)之間的距離(li)D等。
