藍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)對藍寶石材料的需求。因此,提出一種能夠?qū)崿F(xiàn)高質(zhì)量、大尺寸藍寶石自動化、程序化生產(chǎn)的新技術(shù)成為了藍寶石晶體生長領(lǐng)域的關(guān)鍵問題。本文以泡生法生長藍寶石晶體為基礎(chǔ),合理簡化爐體模型,采用有限元方法對7種不同規(guī)格藍寶石在引晶、放肩、等徑生長及收尾等不同生長階段的生長過程進行數(shù)值模擬,通過調(diào)節(jié)藍寶石晶體生長的熱邊界條件,獲得了藍寶石生長各階段的溫度場分布、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)果作為評價藍寶石晶體生長所處熱場是否合適的標準,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寶石晶體能夠獲得滿足其穩(wěn)定生長所需的準確熱量,從而獲得高質(zhì)量的藍寶石晶體。在引晶階段,保持坩堝壁溫不變,通過提高冷卻水的對流換熱系數(shù)配合籽晶的微量提拉以實現(xiàn)晶體的引晶生長;在放肩生長階段,繼續(xù)提高冷卻水對流換熱系數(shù)的同時配合降低壁溫以實現(xiàn)晶體的放肩生長;在藍寶石晶體進入等徑生長階段之后,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)位級別】：碩士

【部分圖文】：

應(yīng)用于光電系統(tǒng)藍寶石窗口[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，已有大量文獻闡述寶石晶體的實驗結(jié)果和理論經(jīng)驗。目前能夠生長大尺寸、生長方法通常是熔體法，該方法是利用溫度梯度使熔體降體。用這種方法生長藍寶石晶體所需的生長周期較之其他更容易控制。因此，目前商業(yè)上生產(chǎn)藍寶石晶體均是采用的藍寶石晶體基本上可以滿足目前市場對藍寶石產(chǎn)品的相熔體法生長藍寶石晶體的方法有熱交換法（Heat Exchanger溫度梯度法（Temperature Gradient Technique，簡稱 TGski Method，簡稱 Cz Method）、坩堝移動法（Vertical Grad、泡生法（Kyropoulos Method, 簡稱 Ky Method）以及哈爾結(jié)構(gòu)研究所基于泡生法發(fā)明的用于生長大尺寸藍寶石晶體（Sapphire Growth Technique with Micro-pulling and ShouldCenter，簡稱 SAPMAC）[29,30]等。圖 1-2 為熔體法生長藍寶歷程。

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，對于氣泡產(chǎn)生的原沒有一致的定論。有學(xué)者認為藍寶石熔氣進入晶體中，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)，當晶體和熔體的固液界面是凹界易殘留在晶體內(nèi)，當晶體和熔體的固液更容易進入熔體內(nèi)，隨著熔體內(nèi)部的生長藍寶石晶體的過程中，要注意藍寶固液界面下凸生長，避免平界面或者凹與空腔結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生。

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
[1]SAPMAC法大尺寸藍寶石晶體生長的模擬分析與應(yīng)用研究[D]. 許承海.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2007

碩士論文
[1]泡生法藍寶石單晶爐內(nèi)部結(jié)構(gòu)對熱場影響的數(shù)值模擬研究[D]. 趙盼盼.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2013



本文編號：3116960