本文關(guān)鍵詞：三溫區(qū)泡生法藍(lán)寶石晶體生長(zhǎng)的數(shù)值模擬，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：本文利用數(shù)值模擬的方法分析了三溫區(qū)泡生法藍(lán)寶石晶體生長(zhǎng)過(guò)程中的內(nèi)部輻射、熔體對(duì)流、加熱器功率配比的影響,并對(duì)泡生法藍(lán)寶石晶體生長(zhǎng)的幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行了探討。(1)內(nèi)部輻射對(duì)晶體生長(zhǎng)的影響。晶體內(nèi)部輻射的存在使系統(tǒng)內(nèi)的溫場(chǎng)和流場(chǎng)更加均勻,降低了晶體應(yīng)力;隨著晶體內(nèi)部輻射吸收系數(shù)的增加,晶體傳熱能力降低,熔體的熱量不能通過(guò)晶體很好地導(dǎo)走,熔體平均溫度隨之增加,固液界面凸出率也隨之減小,晶體內(nèi)部溫度梯度隨之增加;熔體內(nèi)部輻射的存在增加了系統(tǒng)的熱傳遞的能力,使熔體內(nèi)部對(duì)流加劇,熔體通過(guò)對(duì)流把更多的來(lái)自坩堝的熱量帶到結(jié)晶前沿,使熔體內(nèi)部溫度分布更加均勻,同時(shí)降低了系統(tǒng)溫度梯度和晶體應(yīng)力。(2)熔體對(duì)流對(duì)晶體生長(zhǎng)的影響。在晶體生長(zhǎng)轉(zhuǎn)肩階段,Marangoni對(duì)流的存在使界面凸出率增加了39.8%,并影響了熔體對(duì)流狀態(tài),引起了轉(zhuǎn)肩階段的晶體顳部凹陷。當(dāng)晶體生長(zhǎng)到中部時(shí),順時(shí)針?shù)鰷u暴露在三相點(diǎn)附近,造成了晶體腰部重熔。在收尾階段,Marangoni對(duì)流大大增加了自由表面附近的漩渦強(qiáng)度,該漩渦由一個(gè)漩渦變成兩個(gè)旋渦,并引起了固液界面翻轉(zhuǎn)。界面反轉(zhuǎn)增加了位錯(cuò)密度和熱應(yīng)力,引起了晶體底部開(kāi)裂,模擬結(jié)果和實(shí)驗(yàn)圖片相吻合。(3)加熱器功率配比對(duì)界面穩(wěn)定性的影響。在收尾階段,Marangoni對(duì)流對(duì)熔體傳熱的貢獻(xiàn)和自然對(duì)流同等重要,因而收尾階段熔體對(duì)流模式的變化是界面失穩(wěn)的直接原因;收尾階段的低界面前沿溫梯使界面的抗干擾能力大大下降,并且復(fù)雜熔體對(duì)流模式更容易地影響了界面穩(wěn)定性,因此收尾階段的界面前沿較低的溫度梯度是界面失穩(wěn)的間接原因。另外,在收尾階段,底部加熱器功率的增加能抑制界面反轉(zhuǎn)的發(fā)生,但由于晶體較弱的導(dǎo)熱能力固液界面仍然是不穩(wěn)定的;上部加熱器功率的降低能進(jìn)一步改善界面穩(wěn)定性。(4)泡生法藍(lán)寶石晶體生長(zhǎng)的幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題的探討。通過(guò)藍(lán)寶石晶體、鉬坩堝和鎢坩堝的熱膨脹系數(shù)的分析發(fā)現(xiàn)選擇鎢鉬合金坩堝更有利于藍(lán)寶石晶體的生長(zhǎng),并且粘鍋能引起晶體開(kāi)裂,而側(cè)部粘堝比底部粘堝更容易引起晶體開(kāi)裂;提出的改良泡生法生長(zhǎng)的大尺寸、方形藍(lán)寶石能提高晶體利用率,相關(guān)專利已經(jīng)被國(guó)內(nèi)某知名藍(lán)寶石生產(chǎn)商實(shí)施。
【關(guān)鍵詞】：藍(lán)寶石 泡生法 數(shù)值模擬 內(nèi)部輻射 熔體對(duì)流 界面穩(wěn)定性
【學(xué)位授予單位】：河北工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TQ164
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 緒論10-22
• 1.1 研究背景10-15
• 1.1.1 藍(lán)寶石的晶體結(jié)構(gòu)10-11
• 1.1.2 藍(lán)寶石的性質(zhì)及應(yīng)用11-12
• 1.1.3 藍(lán)寶石晶體生長(zhǎng)方法12-15
• 1.2 泡生法藍(lán)寶石晶體生長(zhǎng)技術(shù)工藝流程15-16
• 1.2.1 準(zhǔn)備15
• 1.2.2 引晶15-16
• 1.2.3 擴(kuò)肩和晶胚生長(zhǎng)16
• 1.2.4 退火16
• 1.3 國(guó)內(nèi)外課題研究現(xiàn)狀16-21
• 1.4 本文主要研究?jī)?nèi)容21-22
• 第二章 數(shù)值方法22-30
• 2.1 CGSim軟件介紹22-23
• 2.2 泡生法晶體生長(zhǎng)過(guò)程中的物理數(shù)學(xué)模型23-26
• 2.2.1 物理模型23
• 2.2.2 數(shù)學(xué)模型23-26
• 2.3 物性參數(shù)26-27
• 2.4 凝固理論分析27-28
• 2.5 模擬步驟分析28
• 2.6 控制參數(shù)及迭代步長(zhǎng)28-30
• 第三章 內(nèi)部輻射對(duì)晶體生長(zhǎng)的影響30-40
• 3.1 晶體內(nèi)部輻射對(duì)晶體生長(zhǎng)的影響31-35
• 3.1.1 晶體內(nèi)部輻射對(duì)溫場(chǎng)、流場(chǎng)的影響31-33
• 3.1.2 晶體內(nèi)部輻射對(duì)應(yīng)力場(chǎng)的影響33-34
• 3.1.3 晶體內(nèi)部輻射影響分析34-35
• 3.2 熔體內(nèi)部輻射的影響35-38
• 3.2.1 熔體內(nèi)部輻射對(duì)溫場(chǎng)、流場(chǎng)的影響35-36
• 3.2.2 熔體內(nèi)部輻射對(duì)應(yīng)力場(chǎng)的影響36-38
• 3.2.3 熔體內(nèi)部輻射影響分析38
• 3.3 小結(jié)38-40
• 第四章 熔體對(duì)流對(duì)晶體生長(zhǎng)的影響40-48
• 4.1 晶體轉(zhuǎn)肩階段的熔體對(duì)流對(duì)晶體生長(zhǎng)的影響41-44
• 4.2 等徑階段的熔體對(duì)流對(duì)晶體生長(zhǎng)的影響44-45
• 4.3 收尾階段的熔體對(duì)流對(duì)晶體生長(zhǎng)的影響45-46
• 4.4 小結(jié)46-48
• 第五章 加熱器功率配比對(duì)界面穩(wěn)定性的影響48-56
• 5.1 界面失穩(wěn)的形成機(jī)制48-49
• 5.1.1 熔體對(duì)流模式對(duì)界面穩(wěn)定性的影響48
• 5.1.2 界面前沿溫度梯度對(duì)界面穩(wěn)定性的影響48-49
• 5.2 轉(zhuǎn)肩階段的上部加熱器功率對(duì)界面穩(wěn)定性的影響49-50
• 5.3 收尾階段的功率配比對(duì)界面穩(wěn)定性的影響50-54
• 5.3.1 收尾階段的底部加熱器功率對(duì)界面穩(wěn)定性的影響50-52
• 5.3.2 收尾階段的上部加熱器功率對(duì)界面穩(wěn)定性的影響52-54
• 5.4 小結(jié)54-56
• 第六章 泡生法藍(lán)寶石晶體生長(zhǎng)的幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題56-64
• 6.1 坩堝的選擇問(wèn)題56-58
• 6.2 晶體開(kāi)裂問(wèn)題58-60
• 6.3 晶體利用率問(wèn)題60-62
• 6.4 小結(jié)62-64
• 第七章 結(jié)論64-66
• 參考文獻(xiàn)66-70
• 攻讀學(xué)位期間所取得的相關(guān)科研成果70-72
• 致謝72

【相似文獻(xiàn)】

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