導(dǎo)模法生長藍(lán)寶石晶體工藝及性能研究.pdf

1、藍(lán)寶石晶體因其獨(dú)特的晶體結(jié)構(gòu)，具有良好的機(jī)械和物理化學(xué)性能，在國防工業(yè)及民用領(lǐng)域均發(fā)揮著不可替代的作用。但由于晶體在高溫環(huán)境下生長，常存在一定量的氣泡、夾雜、包裹體、位錯(cuò)及殘余應(yīng)力等宏觀和微觀缺陷。導(dǎo)模法作為一種先進(jìn)近尺寸成型方法，既克服了傳統(tǒng)人工生長晶體的方法存在的材料利用率低、機(jī)械加工繁瑣且生產(chǎn)成本高等缺點(diǎn)，又能夠生產(chǎn)高質(zhì)量的藍(lán)寶石晶體。為減少晶體缺陷，控制晶體生長環(huán)境至關(guān)重要，尤其是獲得穩(wěn)定合適的溫場。同時(shí)，藍(lán)寶石結(jié)構(gòu)特性尤其晶體

2、生長方向?qū)χ苽涞木w質(zhì)量和性能有較大影響。為進(jìn)一步改善晶體生長結(jié)束后的形貌及光學(xué)性能，同時(shí)消除殘余應(yīng)力，優(yōu)化退火工藝也是制備晶體的關(guān)鍵過程。
　　本課題重點(diǎn)考慮感應(yīng)線圈與坩堝相對位置、模具角度和保溫罩厚度對溫場分布的影響，并優(yōu)化導(dǎo)模法生長晶體的溫場結(jié)構(gòu)。試驗(yàn)表明當(dāng)坩堝位于感應(yīng)線圈中部時(shí)晶體無氣泡、包裹體等宏觀缺陷，光學(xué)透過率在400~900nm波段達(dá)到82％，晶體質(zhì)量及性能最佳；采用角度為45°的模具生長的晶體無裂紋和夾雜，晶體X

3、射線雙晶搖擺曲線的半峰寬值為29.13radsec，結(jié)構(gòu)較完整，優(yōu)于角度為90°的模具生長的晶體；采用厚度為45mm的氧化鋯纖維磚作為坩堝保溫罩，高溫環(huán)境下無開裂現(xiàn)象，經(jīng)三點(diǎn)彎曲力學(xué)測試后，晶體沿滑移系發(fā)生斷裂，彎曲強(qiáng)度達(dá)到578MPa，明顯優(yōu)于采用35mm和55mm的保溫罩。最終確定生長爐內(nèi)部布置為：將模具角度為45°的鉬制坩堝置于感應(yīng)線圈的中部，坩堝外部環(huán)繞有厚度為45mm的氧化鋯纖維磚作為隔熱材料，坩堝上部放置多層石墨氈作為后加熱

4、器及隔熱層。
　　本課題分別采用a-[1120]向和c-[0001]向生長晶體，并對比分析兩種晶體的耐蝕性差異。經(jīng)熔融 KOH在390℃下腐蝕15min后，a-[1120]向晶體的位錯(cuò)密度值為2.2ⅹ103cm-2，僅為c-[0001]向晶體的50%，且位錯(cuò)腐蝕坑分布更均勻。經(jīng)濃磷酸在300℃連續(xù)腐蝕6次后，a-[1120]向晶體的腐蝕層厚度為0.75μm，表現(xiàn)出了更好的耐蝕性。因此，本課題選擇性能更優(yōu)異的[1120]向生長藍(lán)寶石