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改进热交换法生长蓝宝石晶体的气泡研究
第41卷第1期
2012年2月人工晶体学报JOURNALOFSYNTHETICCRYSTALSVol.41No.1February,2012
改进热交换法生长蓝宝石晶体的气泡研究
蔡迅,黎建明,刘春雷,李楠
(北京有色金属研究总院,北京国晶辉红外光学科技有限公司,北京100088)
摘要:采用改进的热交换法生长的蓝宝石晶体,气泡是其主要缺陷之一。本文采用数值模拟研究了晶体生长过程
固液界面形状的影响。并结合晶体生长实验结果,分析了在实际的晶体生长过程中,氦中氦气流量对坩埚内温场、
气流量的线性增加对晶体内气泡的尺寸、形态和分布的影响。
关键词:蓝宝石晶体;改进热交换法;气泡;氦气流量;数值模拟
中图分类号:O77文献标识码:A985X(2012)01-0042-05文章编号:1000-
ResearchonBubblesinSapphireCrystalGrownbyModifiedHEM
CAIXun,LIJian-ming,LIUChun-lei,LINan
(BeijingGuojingInfraredOpticalTechnologyCo.,Ltd,BeijingGeneralResearchInstituteforNonferrousMetals,Beijing100088,China)
(Received11October2011,accepted13November2011)
Abstract:Thebubbleswereobservedasoneofthemaindefectsintheas-grownsapphirecrystalgrownby
liquidmodifiedheatingexchangemethod(HEM).Theinfluenceofheliumfluxonthermalfieldandsolid-
interfaceshapeinthecrucibleduringgrowthprocesswerestudiedusingnumericalsim/doc/7734fed926fff705cc170a1b.htmlulation.The
influenceofHeliumfluxonthesize,shapeanddistributionofbubblesinthecrystalwerestudiedby
consideringsimulationresultsandexperimentalresults.
Keywords:sapphirecrystal;modifiedHEMmethod;bubbles;Heliumflux;numericalsimulation
1引言
Al2O3)是一种性能非常优异的晶体材料,人造蓝宝石晶体(α-具有高硬度、高熔点、稳定的化学性能、良
好的机械性能、优良的热传导性和电气绝缘性,在紫外、可见、红外波段范围内具有高的透过率,在3~5μm波段透过率高达85%,因而被广泛应用于高端技术领域,如各种仪表轴承,光学元件,激光器,微电子、光电子产业的衬底材料和军事装置理想的窗口材料等
晶体材料提出了更高的质量要求[5,6][1-4]。近年来,国防、军事及红外技术的迅速发展,对蓝宝石。气泡是蓝宝石晶体中主要的缺陷之一。气泡的存在,不仅会引起散
[7,8]射现象,而且气泡周围形成的应力集中将促进位错或其它微观缺陷的形成,降低晶体光学、力学等性能,严重限制了蓝宝石晶体在军工和民用领域的应用。
本文采用改进的热交换法生长蓝宝石晶体,通过模拟与实验研究了晶体生长过程中热交换器中氦气流量的线性增加对温场、固液界面形状及晶体内气泡尺寸、形态及分布的影响。
10-11;修订日期:2011-11-13收稿日期:2011-
作者简介:蔡),mail:caixun1018@163.com迅(1987-男,湖南省人,硕士。E-
mail:jmli66@126.com通讯作者:黎建明,教授。E-
2
2.1实验蓝宝石晶体生长
[9,10][11],为解决传统的热交换法生长蓝宝石存在开裂和难以/doc/7734fed926fff705cc170a1b.html脱模问题实验采用改进的热交换法,在新
的生长系统中,热交换器仍对蓝宝石晶体生长全过程控制起主导作用。晶体生长是自上而下进行的,生长的
有利晶体不与坩埚壁接触。通过调节加热器的功率和热交换器的气流量来控制熔体和晶体中
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