泡生法藍(lán)寶石單晶爐內(nèi)部結(jié)構(gòu)對(duì)熱場(chǎng)影響的數(shù)值模擬研究.pdf

1、藍(lán)寶石單晶以其優(yōu)異的光學(xué)性能、機(jī)械性能和化學(xué)穩(wěn)定性,成為航空航天和軍事領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的光學(xué)窗口材料。目前,長(zhǎng)晶工作者廣泛采用泡生法生長(zhǎng)大尺寸藍(lán)寶石單晶。泡生法生長(zhǎng)工藝是生長(zhǎng)高質(zhì)量藍(lán)寶石單晶的保證,而熱場(chǎng)則是晶體生長(zhǎng)品質(zhì)的決定因素。本文在35kg泡生法藍(lán)寶石單晶生長(zhǎng)爐結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上,采用CGSim軟件模擬研究上、下和側(cè)面隔熱屏與坩堝距離,加熱器與坩堝距離以及加熱器功率分配對(duì)藍(lán)寶石單晶生長(zhǎng)熱場(chǎng)的影響分析,總結(jié)泡生法單晶生長(zhǎng)爐的內(nèi)部結(jié)構(gòu)對(duì)對(duì)流場(chǎng)和溫

2、度場(chǎng)、軸向和徑向溫度梯度以及VonMises應(yīng)力的影響程度。結(jié)果表明,生長(zhǎng)爐內(nèi)的各結(jié)構(gòu)對(duì)熱場(chǎng)均有不同程度的增強(qiáng)或者減弱,尤以加熱器與坩堝位置和加熱器功率分配對(duì)熱場(chǎng)的影響程度最大。進(jìn)而分析現(xiàn)階段泡生法生長(zhǎng)85kg藍(lán)寶石常見(jiàn)生長(zhǎng)缺陷成因,包括重熔多晶、晶體中含有雜質(zhì)和氣泡、生長(zhǎng)斷裂等。結(jié)合CGSim軟件對(duì)生長(zhǎng)熱場(chǎng)模擬分析發(fā)現(xiàn),產(chǎn)生重熔多晶是由于熔體對(duì)流中含有兩個(gè)或者多個(gè)獨(dú)立渦流導(dǎo)致熔體密度不均,生長(zhǎng)不協(xié)調(diào);晶體生長(zhǎng)中含有雜質(zhì)和氣泡是由于溫度