本文關(guān)鍵詞：光學(xué)浮區(qū)法晶體生長溫度場數(shù)值模擬研究

  更多相關(guān)文章： 光學(xué)浮區(qū)法 溫度場 有限元數(shù)值模擬 TiO_2晶體 SBN晶體

【摘要】：本文以數(shù)值模擬和實(shí)際生長實(shí)驗(yàn)相結(jié)合,編寫出了一套適用于光學(xué)浮區(qū)法生長晶體溫度場的模擬程序。通過模擬計(jì)算,利用光學(xué)浮區(qū)法生長出了質(zhì)量較好的TiO_2晶體和SBN(鈮酸鍶鋇)晶體。首先,建立光學(xué)浮區(qū)法生長溫度場的數(shù)學(xué)模型以及簡化的二維軸對稱熔區(qū)幾何模型。之后測量光源、鹵素?zé)簟⑸L材料的物理參數(shù),完成數(shù)學(xué)模型中邊界條件的加載。最后通過模擬軟件,編寫出一套有限元溫度場的模擬程序。對生長過程中的燈絲尺寸、生長功率百分比、熔區(qū)形狀、預(yù)制棒半徑、熱導(dǎo)率等參數(shù)進(jìn)行溫度場模擬,并計(jì)算出不同參數(shù)下的橫向縱向溫度分布以及溫度梯度,最后得出結(jié)論:主要影響TiO_2和SBN晶體生長的參數(shù)是燈功率,生長功率百分比和預(yù)制棒直徑;兩種晶體都適合使用1000W鹵素?zé)羯L,TiO_2生長的最佳功率百分比72%,SBN晶體生長的最佳功率百分比48%,SBN晶體預(yù)制棒直徑為5mm時(shí)晶體質(zhì)量最好,TiO_2晶體預(yù)制棒直徑為8mm時(shí)晶體質(zhì)量最好。進(jìn)行光學(xué)浮區(qū)法生長TiO_2和SBN晶體的實(shí)驗(yàn),利用模擬程序確定大致的工藝參數(shù)范圍,使用不同的工藝參數(shù)進(jìn)行生長,觀察生長過程中熔區(qū)的穩(wěn)定程度,根據(jù)數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn),修改參數(shù)最后生長出外觀較好,質(zhì)地較均勻的晶體。測量生長出的晶體質(zhì)量,與模擬結(jié)果對比,最終確定最佳工藝參數(shù),對于TiO_2晶體最好的工藝參數(shù)是:1000 W鹵素?zé)?燈絲厚度3mm)、預(yù)制棒直徑8mm,生長功率百分比73%、旋轉(zhuǎn)速度20 r/min;對于SBN晶體最好的工藝參數(shù)是:1000 W鹵素?zé)?燈絲厚度3mm)、預(yù)制棒直徑5mm,生長功率百分比48%、旋轉(zhuǎn)速度20 r/min。通過實(shí)驗(yàn)與理論相結(jié)合,完善模擬程序使其能夠較為精確的模擬光學(xué)浮區(qū)法中熔區(qū)的溫度場分布,并且可以對更多的工藝參數(shù)進(jìn)行模擬,在今后生長不同類型的晶體實(shí)驗(yàn)中能夠提供幫助和指導(dǎo)作用。
【關(guān)鍵詞】：光學(xué)浮區(qū)法 溫度場 有限元數(shù)值模擬 TiO_2晶體 SBN晶體
【學(xué)位授予單位】：北京工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O782.6
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 緒論8-19
• 1.1 晶體生長意義及方法簡介8-9
• 1.2 光學(xué)浮區(qū)法基本原理9-10
• 1.3 光學(xué)浮區(qū)法晶體生長實(shí)驗(yàn)參數(shù)的研究現(xiàn)狀10-14
• 1.3.1 預(yù)制棒特征10-11
• 1.3.2 晶體生長速度11-12
• 1.3.3 生長氣氛和氣壓12
• 1.3.4 溫度梯度和熔區(qū)溫度12-13
• 1.3.5 轉(zhuǎn)速13-14
• 1.4 晶體生長數(shù)值模擬技術(shù)研究現(xiàn)狀14-17
• 1.4.1 晶體生長數(shù)值模擬方法14-15
• 1.4.2 晶體生長數(shù)值模擬的發(fā)展15-17
• 1.5 研究課題的提出17-18
• 1.6 本論文研究目的與主要內(nèi)容18-19
• 第2章 數(shù)值模擬方法及實(shí)驗(yàn)設(shè)備19-27
• 2.1 ANSYS有限元軟件熱分析原理及服務(wù)器配置19-21
• 2.1.1 ANSYS有限元熱分析19-21
• 2.1.2 ANSYS有限元數(shù)值模擬軟件及服務(wù)器配置21
• 2.2 光學(xué)浮區(qū)法晶體生長及材料表征21-27
• 2.2.1 光學(xué)浮區(qū)爐主要參數(shù)21-22
• 2.2.2 光學(xué)浮區(qū)法生長晶體簡介及預(yù)制棒制作工藝流程22-24
• 2.2.3 材料及光學(xué)特性表征設(shè)備24-27
• 第3章 光學(xué)浮區(qū)晶體生長溫度場數(shù)值模擬研究27-47
• 3.1 有限元仿真模型的建立27-33
• 3.1.1 材料及熔區(qū)幾何模型的建立27-28
• 3.1.2 光源模型的建立28-31
• 3.1.3 邊界條件的加載31
• 3.1.4 仿真計(jì)算條件及溫度場表征31-33
• 3.2 晶體生長參數(shù)對溫度場的影響33-46
• 3.2.1 光源功率百分比對溫度場的影響34-36
• 3.2.2 光源燈絲厚度對熔區(qū)的影響36-38
• 3.2.3 預(yù)制棒半徑對溫度場的影響38-40
• 3.2.4 熔區(qū)中心半徑對溫度場的影響40-42
• 3.2.5 熔區(qū)高度對溫度場的影響42-44
• 3.2.6 生長材料的熱導(dǎo)率對溫度場的影響44-46
• 3.3 光學(xué)浮區(qū)法晶體生長參數(shù)的優(yōu)化46
• 3.4 本章小結(jié)46-47
• 第4章 光學(xué)浮區(qū)法生長晶體溫度場的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證47-63
• 4.1 工藝參數(shù)對TiO_2晶體生長溫度場的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證47-51
• 4.1.1 光源功率對熔區(qū)的影響47-49
• 4.1.2 光源燈絲幾何尺寸對熔區(qū)的影響49-50
• 4.1.3 預(yù)制棒直徑對熔化溫度的影響50
• 4.1.4 熔區(qū)幾何形貌對熔區(qū)穩(wěn)定性的影響50-51
• 4.2 工藝參數(shù)對TiO_2晶體生長質(zhì)量的影響51-52
• 4.3 TiO_2晶體最優(yōu)生長參數(shù)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證52-54
• 4.4 SBN生長參數(shù)優(yōu)化及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證54-56
• 4.5 用于生成ANSYS命令的程序56-62
• 4.5.1 模擬參數(shù)的設(shè)定和命令的生成56-59
• 4.5.2 ANSYS命令的調(diào)用59-62
• 4.6 本章小結(jié)62-63
• 結(jié)論與展望63-65
• 參考文獻(xiàn)65-71
• 攻讀碩士學(xué)位期間完成的學(xué)術(shù)論文及申請的專利71-72
• 致謝72

【相似文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 詹晟;曹世勛;袁淑娟;魯波;張金倉;;ErFeO_3單晶反常負(fù)磁化和補(bǔ)償溫度點(diǎn)性研究[J];低溫物理學(xué)報(bào);2012年05期

2 郭星原;張洪武;馬光;丁戰(zhàn)輝;王健;;浮區(qū)法制備金紅石單晶及其光譜特性[J];吉林大學(xué)學(xué)報(bào)(理學(xué)版);2007年02期

3 范修軍;王越;馬云峰;邸大偉;徐宏;劉國慶;;紅寶石晶體光學(xué)浮區(qū)法生長及其缺陷研究[J];人工晶體學(xué)報(bào);2011年05期

4 徐義庫;劉林;張軍;;移動(dòng)溶液浮區(qū)法Nd_2Fe_(14)B單晶生長[J];熱加工工藝;2014年13期

5 鄭紅,陳頌,張?zhí)N芝,夏鴻昶,張雪梅,張道范,姜彥島;浮區(qū)法生長Yb_3Fe_5O_(12)晶體及其磁光特性[J];硅酸鹽學(xué)報(bào);1993年04期

6 張俊剛;夏長泰;吳鋒;裴廣慶;徐軍;鄧群;徐悟生;史宏生;;β-Ga_2O_3單晶浮區(qū)法生長及其光學(xué)性質(zhì)[J];功能材料;2006年03期

7 郭星原;于英寧;許大鵬;丁戰(zhàn)輝;蘇文輝;;利用浮區(qū)法在高氧壓下生長ZnO晶須[J];高等學(xué)校化學(xué)學(xué)報(bào);2006年10期

8 張俊剛;李斌;夏長泰;徐軍;鄧群;徐曉東;吳鋒;徐悟生;史宏生;裴廣慶;吳永慶;;β-Ga_2O_3:Cr單晶體的浮區(qū)法生長及光學(xué)特性[J];中國科學(xué)(E輯:技術(shù)科學(xué));2007年03期

9 王占亮;武安華;景財(cái)年;占晟;曹世勛;徐軍;;光學(xué)浮區(qū)法生長的GdFeO_3單晶[J];磁性材料及器件;2012年03期

10 詹晟;曹世勛;袁淑娟;張金倉;;光學(xué)浮區(qū)法生長高質(zhì)量EuFeO_3單晶[J];材料導(dǎo)報(bào);2012年20期

中國重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫 前6條

1 夏天龍;黃耀波;趙松川;王學(xué)云;管淳;徐行;張清明;;光浮區(qū)法制備高質(zhì)量錳氧化物單晶[A];中國晶體學(xué)會(huì)第四屆全國會(huì)員代表大會(huì)暨學(xué)術(shù)會(huì)議學(xué)術(shù)論文摘要集[C];2008年

2 王璐璐;夏長泰;賽青林;狄聚青;;光學(xué)浮區(qū)法生長W:β-Ga_2O_3單晶[A];第十六屆全國晶體生長與材料學(xué)術(shù)會(huì)議論文集-02半導(dǎo)體材料器件及應(yīng)用[C];2012年

3 申慧;徐家躍;武安華;郁金星;;光學(xué)浮區(qū)法生長YFeO_3晶體[A];第14屆全國晶體生長與材料學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2006年

4 馬云峰;邸大偉;王越;蔣毅堅(jiān);;光學(xué)浮區(qū)法生長CBN晶體研究[A];中國光學(xué)學(xué)會(huì)2011年學(xué)術(shù)大會(huì)摘要集[C];2011年

5 武安華;徐軍;袁淑娟;曹世勛;;光學(xué)浮區(qū)法在磁光晶體生長中的應(yīng)用[A];第15屆全國晶體生長與材料學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2009年

6 邸大偉;馬云峰;韓文輝;王越;;BiFe_(1-X)Co_XO_3晶體光學(xué)浮區(qū)法生長及其物理性質(zhì)研究[A];中國晶體學(xué)會(huì)第五屆全國會(huì)員代表大會(huì)暨學(xué)術(shù)大會(huì)（晶體生長分會(huì)場）論文摘要集[C];2012年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前5條

1 徐宏;幾種介電晶體光學(xué)浮區(qū)法生長及其物性研究[D];北京工業(yè)大學(xué);2014年

2 馮冠霖;鈮酸鈣和鈮酸鉍單晶的光浮區(qū)法生長及光電性質(zhì)研究[D];吉林大學(xué);2012年

3 郭星原;ZnO晶須和TiO_2單晶的浮區(qū)法生長及其光譜研究[D];吉林大學(xué);2006年

4 李亮;浮區(qū)法生長Zn_2TiO_4、ZnNb_2O_6和MgNb_2O_6單晶及性能研究[D];吉林大學(xué);2011年

5 王亞彬;稀土正鐵氧體NdFeO_3晶體生長及磁性研究[D];上海大學(xué);2013年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前9條

1 劉文強(qiáng);鉭酸鎂晶體生長及性能研究[D];吉林大學(xué);2016年

2 石夢杰;光學(xué)浮區(qū)法晶體生長溫度場數(shù)值模擬研究[D];北京工業(yè)大學(xué);2016年

3 王丹揚(yáng);光浮區(qū)法生長LaCoO_3晶體的探索性研究[D];吉林大學(xué);2007年

4 龔振宇;光浮區(qū)法生長Fe摻雜TiO_2晶體的探索性研究[D];吉林大學(xué);2007年

5 王占亮;光學(xué)浮區(qū)法GeFeO_3晶體的制備及表征[D];山東建筑大學(xué);2012年

6 韓文輝;光學(xué)浮區(qū)法生長Ba_(1-x)Sr_xTiO_3晶體及其性能研究[D];北京工業(yè)大學(xué);2014年

7 陳朝波;微重力環(huán)境下液橋?qū)α骷捌浯艌隹刂频臄?shù)值模擬研究[D];重慶大學(xué);2008年

8 張鴻儒;龐磁阻錳氧化物L(fēng)a_（2-2x）Sr_（1+2x）Mn_2O_7單晶的浮區(qū)法生長及物性研究[D];中國地質(zhì)大學(xué)（北京）;2010年

9 范修軍;A：Al_2O_3(A=Cr，F(xiàn)e，Ni)晶體光學(xué)浮區(qū)法生長及其性能研究[D];北京工業(yè)大學(xué);2011年

，

本文編號：771037