KDP晶體平動生長和冷卻過程中應(yīng)力狀態(tài)的數(shù)值模擬研究.pdf

1、KDP晶體作為一種性能優(yōu)良的無機(jī)非線性光學(xué)材料，能夠在溶液中生長出高質(zhì)量大尺寸的單晶，是目前唯一應(yīng)用于慣性約束核聚變中的倍頻材料。由于慣性約束核聚變對KDP晶體的尺寸和光學(xué)質(zhì)量都有較高的要求，且數(shù)量需求也十分巨大，因此國內(nèi)外許多學(xué)者都在研究如何快速生長高質(zhì)量大尺寸的KDP晶體。在溶液中平動生長KDP晶體作為一種新的生長方式，數(shù)值模擬結(jié)果顯示其能夠在快速生長KDP晶體的同時提高晶體表面溶質(zhì)過飽和度的均勻性，減少包裹物的產(chǎn)生。在平動生長KD

2、P晶體和出槽冷卻降溫的過程中，晶體開裂是影響生產(chǎn)效率的一個主要因素。為了降低晶體在平動生長和出槽冷卻過程中的開裂幾率，本文利用有限元分析軟件ANSYS對KDP晶體平動生長和出槽過程進(jìn)行了應(yīng)力分析，探尋減小晶體內(nèi)部應(yīng)力值進(jìn)而減小晶體開裂幾率的方法，主要內(nèi)容為：
　?、俳⒂贸妇U帶動KDP晶體進(jìn)行三維平動生長的有限元模型并進(jìn)行應(yīng)力計算，結(jié)果顯示掣晶桿的存在使晶體內(nèi)部存在明顯的應(yīng)力集中，晶體內(nèi)部的主應(yīng)力值較大。由于晶體重量由掣晶桿和浮

3、力承擔(dān)，晶體尺寸越大，掣晶桿承重越大，晶體內(nèi)的主應(yīng)力值越大。在三維平動過程中晶體內(nèi)部的最大主應(yīng)力值周期性波動，容易形成疲勞裂紋。通過采用圓頭掣晶桿降低應(yīng)力集中程度，增大掣晶桿直徑增加承重面積以及減小晶體平動過程中的加速度都能夠降低晶體在生長過程中的主應(yīng)力和開裂幾率。
　?、诮⑹褂猛斜P和平板驅(qū)動KDP晶體進(jìn)行二維平動生長的有限元模型，并對其進(jìn)行應(yīng)力計算，結(jié)果表明不使用掣晶桿能夠消除晶體內(nèi)部的應(yīng)力集中因素，大幅度降低晶體內(nèi)部的主應(yīng)力

4、值。尤其是利用托盤進(jìn)行二維平動生長時，晶體內(nèi)部受拉區(qū)域很小，主應(yīng)力值也較小，在生長過程中可以不考慮晶體在生長過程中的開裂問題。
　?、劢⒍S平動生長KDP晶體出槽冷卻過程的有限元模型并對其進(jìn)行應(yīng)力計算，結(jié)果顯示KDP晶體出槽冷卻降溫過程中晶體內(nèi)部的最大主應(yīng)力值隨時間先增大后減小，在不考慮缺陷等因素影響的前提下，晶體外部受拉應(yīng)力作用內(nèi)部受壓應(yīng)力作用，兩者的分界點不隨時間變化，晶體內(nèi)外側(cè)壓應(yīng)力和拉應(yīng)力的大小同步增大或減小。溫度分布不