藍(lán)寶石晶體材料因其優(yōu)異的綜合性能,而被廣泛應(yīng)用于航空航天等工業(yè)領(lǐng)域。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,藍(lán)寶石晶體的尺寸、質(zhì)量以及產(chǎn)量等已無法滿足現(xiàn)代工業(yè)對(duì)藍(lán)寶石材料的需求。因此,提出一種能夠?qū)崿F(xiàn)高質(zhì)量、大尺寸藍(lán)寶石自動(dòng)化、程序化生產(chǎn)的新技術(shù)成為了藍(lán)寶石晶體生長(zhǎng)領(lǐng)域的關(guān)鍵問題。本文以泡生法生長(zhǎng)藍(lán)寶石晶體為基礎(chǔ),合理簡(jiǎn)化爐體模型,采用有限元方法對(duì)7種不同規(guī)格藍(lán)寶石在引晶、放肩、等徑生長(zhǎng)及收尾等不同生長(zhǎng)階段的生長(zhǎng)過程進(jìn)行數(shù)值模擬,通過調(diào)節(jié)藍(lán)寶石晶體生長(zhǎng)的熱邊界條件,獲得了藍(lán)寶石生長(zhǎng)各階段的溫度場(chǎng)分布、固液界面處的溫度梯度分布,固液界面角以及應(yīng)力分布等結(jié)果。將獲得的數(shù)值模擬結(jié)果作為評(píng)價(jià)藍(lán)寶石晶體生長(zhǎng)所處熱場(chǎng)是否合適的標(biāo)準(zhǔn),并根據(jù)結(jié)果反饋來調(diào)整所施加的熱邊界條件,不斷優(yōu)化熱邊界條件以保證藍(lán)寶石晶體能夠獲得滿足其穩(wěn)定生長(zhǎng)所需的準(zhǔn)確熱量,從而獲得高質(zhì)量的藍(lán)寶石晶體。在引晶階段,保持坩堝壁溫不變,通過提高冷卻水的對(duì)流換熱系數(shù)配合籽晶的微量提拉以實(shí)現(xiàn)晶體的引晶生長(zhǎng);在放肩生長(zhǎng)階段,繼續(xù)提高冷卻水對(duì)流換熱系數(shù)的同時(shí)配合降低壁溫以實(shí)現(xiàn)晶體的放肩生長(zhǎng);在藍(lán)寶石晶體進(jìn)入等徑生長(zhǎng)階段之后,主要通過降低坩堝壁溫的方式來維持晶... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：70 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

應(yīng)用于光電系統(tǒng)藍(lán)寶石窗口[13]

利用再結(jié)晶作用由固相結(jié)成晶體。晶體可以從氣相、液相以及固相生長(zhǎng)，已有大量文獻(xiàn)闡述寶石晶體的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論經(jīng)驗(yàn)。目前能夠生長(zhǎng)大尺寸、生長(zhǎng)方法通常是熔體法，該方法是利用溫度梯度使熔體降體。用這種方法生長(zhǎng)藍(lán)寶石晶體所需的生長(zhǎng)周期較之其他更容易控制。因此，目前商業(yè)上生產(chǎn)藍(lán)寶石晶體均是采用的藍(lán)寶石晶體基本上可以滿足目前市場(chǎng)對(duì)藍(lán)寶石產(chǎn)品的相熔體法生長(zhǎng)藍(lán)寶石晶體的方法有熱交換法（Heat Exchanger溫度梯度法（Temperature Gradient Technique，簡(jiǎn)稱 TGski Method，簡(jiǎn)稱 Cz Method）、坩堝移動(dòng)法（Vertical Grad、泡生法（Kyropoulos Method, 簡(jiǎn)稱 Ky Method）以及哈爾結(jié)構(gòu)研究所基于泡生法發(fā)明的用于生長(zhǎng)大尺寸藍(lán)寶石晶體（Sapphire Growth Technique with Micro-pulling and ShouldCenter，簡(jiǎn)稱 SAPMAC）[29,30]等。圖 1-2 為熔體法生長(zhǎng)藍(lán)寶歷程。

圖 1-3 熱應(yīng)力過大導(dǎo)致的晶體開裂[14]泡也是常見的缺陷，對(duì)于氣泡產(chǎn)生的原沒有一致的定論。有學(xué)者認(rèn)為藍(lán)寶石熔氣進(jìn)入晶體中，最終形成了氣泡和空腔圖 1-4 為放肩過快導(dǎo)致的氣泡富集。根據(jù)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)晶體和熔體的固液界面是凹界易殘留在晶體內(nèi)，當(dāng)晶體和熔體的固液更容易進(jìn)入熔體內(nèi)，隨著熔體內(nèi)部的生長(zhǎng)藍(lán)寶石晶體的過程中，要注意藍(lán)寶固液界面下凸生長(zhǎng)，避免平界面或者凹與空腔結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
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碩士論文
[1]泡生法藍(lán)寶石單晶爐內(nèi)部結(jié)構(gòu)對(duì)熱場(chǎng)影響的數(shù)值模擬研究[D]. 趙盼盼.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2013



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