FA: Development of numerical models for analyzing a concept for a hermetically sealed silver liner for ammonothermal autoclaves

21. Oktober 2025

Ravi Jayantibhai Domadiya

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Dieser Bericht untersucht das strukturelle und thermische Verhalten eines hermetisch abgedichteten, silberausgekleideten ammonothermalen Autoklaven, der für das hochreine Wachstum von Galliumnitrid (GaN)-Kristallen unter extremen Druck- und Temperaturbedingungen ausgelegt ist. Die Forschung kombiniert präzise CAD-Modellierung mit fortschrittlichen Finite-Elemente-Simulationen, um die Wechselwirkungen zwischen Druckbehälterkomponenten, Dichtleistung und Materialkompatibilität zu erfassen. Die Autoklavenbaugruppe umfasst eine Silberauskleidung, ein Gehäuse aus Inconel-718 und Stützeinsätze aus TZM und ist für einen Betrieb bei 600 °C und 300 MPa ausgelegt. Eine detaillierte Strategie zur Netzverfeinerung wurde angewandt, um Konvergenzanalysen durchzuführen und sicherzustellen, dass Spannungen in kritischen Bereichen wie Gewindeverbindungen, Dichtflächen und Flanschübergängen präzise lokalisiert werden. Statische Simulationen zeigten maximale Spannungs- und Dehnungsakkumulationen im gebogenen unteren Dichtbereich der Silberauskleidung, während Verschiebungsanalysen gleichmäßige Ausdehnungsmuster in der inneren Auskleidungswand offenbarten. Um zeitabhängige Kontaktverläufe und Vorspannungseffekte zu erfassen, wurden auch nichtlineare dynamische Simulationen durchgeführt, die stabile Konvergenz und realistische Verformungstrends unter komplexen Belastungsbedingungen zeigten. Die Studie bestätigt, dass Silberauskleidungen eine hervorragende chemische Isolierung bieten, Korrosion wirksam verhindern und langfristig zur mechanischen Stabilität beitragen.
Die Ergebnisse verdeutlichen, wie präzises Engineering, geeignete Materialauswahl und exakte numerische Modellierung gemeinsam zur Entwicklung zuverlässiger, sicherer und kontaminationsfreier Autoklaven für das fortschrittliche Kristallwachstum von Nitriden beitragen.