热交换法掺钛蓝宝石晶体生长过程中内辐射传热对晶体热应力的影响 被引量：2

1

作者 于行 赵琪 +3 位作者 齐小方 马文成 徐永宽 胡章贵 《人工晶体学报》 CAS 北大核心 2024年第7期1212-1221,共10页

掺钛蓝宝石晶体(Ti∶Al_(2)O_(3),简称钛宝石)是实现飞秒超短脉冲激光和拍瓦级超强超短激光器的核心材料。采用热交换法(HEM)生长大尺寸优质钛宝石激光晶体时,内辐射传热对晶体生长过程中的热量输运、温度及热应力分布具有显著影响,最... 掺钛蓝宝石晶体(Ti∶Al_(2)O_(3),简称钛宝石)是实现飞秒超短脉冲激光和拍瓦级超强超短激光器的核心材料。采用热交换法(HEM)生长大尺寸优质钛宝石激光晶体时,内辐射传热对晶体生长过程中的热量输运、温度及热应力分布具有显著影响,最终影响晶体质量。因此,本文采用有限体积法求解热交换法钛宝石晶体生长过程中晶体和熔体的内辐射传热,采用基于位移的热弹性应力模型求解晶体热应力,详细研究了内辐射传热对晶体温度及热应力分布的影响规律。数值模拟结果表明,内辐射传热显著强化晶体、熔体内的热量输运,导致晶体底部等温线密集分布,温度梯度和热应力显著升高。此外,随着晶体吸收系数(掺杂浓度)增大,晶体底部热应力呈现先升高后降低的非单调性变化规律。随着熔体吸收系数增大,晶体底部温度梯度和热应力略微降低。而随着晶体散射系数增大,晶体底部温度梯度和热应力逐渐降低,当晶体散射系数大于晶体吸收系数时,降低趋势变得显著。 展开更多

关键词 掺钛蓝宝石 内辐射传热 热应力 数值模拟 热交换法 激光晶体

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热交换法生长蓝宝石晶体的位错研究 被引量：10

2

作者 柯利峰 黎建明 +2 位作者 苏小平 那木吉拉图 李楠 《人工晶体学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第3期625-628,647,共5页

本文用热交换法生长出a向,尺寸为150 mm×160 mm,重10 kg的低位错蓝宝石晶体,并采用化学腐蚀-金相显微镜法观测了(0001)晶面的位错形貌。结果显示:(0001)晶面的位错腐蚀坑呈三角形,分布较均匀和分散,图像清晰,平均位错密度较低,为... 本文用热交换法生长出a向,尺寸为150 mm×160 mm,重10 kg的低位错蓝宝石晶体,并采用化学腐蚀-金相显微镜法观测了(0001)晶面的位错形貌。结果显示:(0001)晶面的位错腐蚀坑呈三角形,分布较均匀和分散,图像清晰,平均位错密度较低,为2.1×103Pits/cm2;热交换系统保温效果好,能独立控制熔体和晶体的温度梯度,温场起伏小,具有良好的稳定性和可控性,适合用来生长大直径低位错的蓝宝石晶体。 展开更多

关键词 蓝宝石单晶 热交换法 晶体生长 位错

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改进热交换法生长蓝宝石晶体的气泡研究 被引量：5

3

作者 蔡迅 黎建明 +1 位作者 刘春雷 李楠 《人工晶体学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第1期42-46,共5页

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中氦气流量对坩埚内温场、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,氦气流量的线性增加对晶体内气... 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中氦气流量对坩埚内温场、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。 展开更多

关键词 蓝宝石晶体 改进热交换法 气泡 氦气流量 数值模拟

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热交换法蓝宝石晶体生长的数值模拟研究 被引量：2

4

作者 陈松松 左然 +1 位作者 狄晨莹 苏文佳 《人工晶体学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第3期590-596,共7页

针对热交换法蓝宝石晶体各生长阶段的温场、流场和热应力进行数值模拟研究,并讨论了上部保温层结构、热交换器内管高度对晶体生长的影响。结果表明:长晶初期,固液界面呈椭球形;等径阶段,固液界面平坦,晶体与坩埚壁不接触;长晶后期,中心... 针对热交换法蓝宝石晶体各生长阶段的温场、流场和热应力进行数值模拟研究,并讨论了上部保温层结构、热交换器内管高度对晶体生长的影响。结果表明:长晶初期,固液界面呈椭球形;等径阶段,固液界面平坦,晶体与坩埚壁不接触;长晶后期,中心轴向晶体生长速率增加,晶体中心首先冒出熔体液面。随晶体高度增加,熔体对流由初期的两个涡胞变为等径阶段的一个涡胞,最大对流速度量级为10-3m/s。晶体中最大热应力分布在晶体底部,热应力分布呈W型。增加炉体上部保温层,长晶后期固液界面变得平坦;降低热交换器内管高度,有利于降低晶体底部热应力。 展开更多

关键词 蓝宝石 晶体生长 热交换法 数值模拟 热应力

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热交换法生长掺锆蓝宝石单晶及其光谱性能研究 被引量：1

5

作者 付业琦 刘卫 +1 位作者 陈廷益 季泳 《硅酸盐通报》 CAS CSCD 北大核心 2016年第4期1057-1061,共5页

采用热交换法(Heat-Exchange Method,HEM)生长出无色透明的掺锆蓝宝石(Zr:sapphire)单晶。通过辉光放电质谱(GD-MS)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、紫外-可见-近红外(UV-VIS-NIR)吸收光谱、紫外-可见(UV-VIS)透过率等测试手段研究了Zr:sap... 采用热交换法(Heat-Exchange Method,HEM)生长出无色透明的掺锆蓝宝石(Zr:sapphire)单晶。通过辉光放电质谱(GD-MS)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、紫外-可见-近红外(UV-VIS-NIR)吸收光谱、紫外-可见(UV-VIS)透过率等测试手段研究了Zr:sapphire的光谱性能。目前研究表明,采用HEM成功地将ZrO_2掺入蓝宝石晶体中,掺入量可达3.3 ppm;蓝宝石晶体中掺入ZrO_2后能消除晶体的F+色心缺陷,提高晶体在波长257 nm处的透过率;Zr:sapphire晶体在可见、红外波段的透过率分别为83.41%、83.20%,掺入ZrO_2后蓝宝石晶体依然保持其良好的可见、红外光学性能。 展开更多

关键词 掺锆蓝宝石晶体 吸收光谱 透过光谱 热交换法

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热交换法生长c面取向大尺寸蓝宝石晶体的研究 被引量：3

6

作者 张雪平 《人工晶体学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第3期584-587,共4页

本文使用热交换法直接生长c面取向,尺寸为170 mm×160 mm,重12 kg的蓝宝石晶体。晶体无色透明,内部无散射颗粒。沿c面(0001)方向的晶棒锥光图可观察到同心圆簇的干涉条纹,仅中心较小区域因内应力存在,干涉条纹发生扭曲。将抛光的... 本文使用热交换法直接生长c面取向,尺寸为170 mm×160 mm,重12 kg的蓝宝石晶体。晶体无色透明,内部无散射颗粒。沿c面(0001)方向的晶棒锥光图可观察到同心圆簇的干涉条纹,仅中心较小区域因内应力存在,干涉条纹发生扭曲。将抛光的晶片进行化学腐蚀后,通过金相显微镜检测位错腐蚀坑形貌图,结果显示,腐蚀坑呈三角形,平均位错密度较低,为1.98×103 Pits/cm2,X射线衍射半峰宽较小,晶体结构完整。 展开更多

关键词 蓝宝石晶体 热交换法 c向生长 位错密度

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热交换法生长掺锆蓝宝石单晶及其光谱性能研究

7

作者 付业琦 刘卫 +1 位作者 陈延益 季泳 《硅酸盐通报》 CAS CSCD 北大核心 2016年第5期1338-1342,共5页

采用热交换法（Heat—ExchangeMethod，HEM）生长出无色透明的掺锆蓝宝石（Zr：sapphire）单晶。通过辉光放电质谱（GD—MS）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、紫外一可见一近红外（uV—VIS-NIR）吸收光谱、紫外一可见（UV—VIS）透过率... 采用热交换法（Heat—ExchangeMethod，HEM）生长出无色透明的掺锆蓝宝石（Zr：sapphire）单晶。通过辉光放电质谱（GD—MS）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、紫外一可见一近红外（uV—VIS-NIR）吸收光谱、紫外一可见（UV—VIS）透过率等测试手段研究了Zr：sapphire的光谱性能。目前研究表明，采用HEM成功地将ZrO：掺入蓝宝石晶体中，掺入量可达3．3ppm；蓝宝石晶体中掺入ZrO：后能消除晶体的F’色心缺陷，提高晶体在波长257nm处的透过率；Zr：sapphire晶体在可见、红外波段的透过率分别为83．41％、83．20％，掺入ZrO：后蓝宝石晶体依然保持其良好的可见、红外光学性能。 展开更多

关键词 掺锆蓝宝石晶体 吸收光谱 透过光谱 热交换法

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热交换坩埚下降法制备大尺寸氟化铈晶体的热场设计与优化 被引量：3

8

作者 穆宏赫 王鹏飞 +3 位作者 施宇峰 张中晗 武安华 苏良碧 《无机材料学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2023年第3期288-295,共8页

随着CeF_(3)晶体在激光和磁光领域应用的持续发展,大尺寸、高光学质量的CeF_(3)单晶的需求日益急迫,而CeF_(3)熔体的高黏度和低热导率的特性给晶体生长工艺带来了较大挑战。为研究CeF_(3)熔体低导热性引发的生长问题,探究其生长过程中... 随着CeF_(3)晶体在激光和磁光领域应用的持续发展,大尺寸、高光学质量的CeF_(3)单晶的需求日益急迫,而CeF_(3)熔体的高黏度和低热导率的特性给晶体生长工艺带来了较大挑战。为研究CeF_(3)熔体低导热性引发的生长问题,探究其生长过程中炉体结构和工艺参数对温度分布和结晶界面的影响机制,本工作对热交换坩埚下降法(Heat Exchanger-Bridgman method,HEB)生长大尺寸(ϕ80 mm)CeF_(3)晶体中炉体结构与晶体/熔体温度分布关系、不同生长阶段界面的变化规律以及热场结构对生长界面的作用机制开展了数值模拟研究。研究结果表明:当发热体长度与坩埚长度相适应时,更有利于构建合理的温度梯度场,而放肩和等径生长阶段的凹界面问题则可以通过改变隔板形状和加反射屏调节坩埚壁温度分布得到有效解决。本研究成果不仅可以加深对CeF_(3)晶体结晶习性的理解,炉体结构和生长界面的优化思路对坩埚下降法制备其他晶体同样有实际指导意义。 展开更多

关键词 CeF_(3)晶体 热交换坩埚下降法 数值模拟 固液界面 热场优化

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热交换器中氦气流量对生长蓝宝石温场影响的研究

9

作者 李跃龙 黎建明 +4 位作者 苏小平 杨海 那木吉拉图 李楠 杨鹏 《人工晶体学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第2期394-398,359,共6页

采用热交换法生长蓝宝石晶体,通过数值模拟与实验研究了晶体生长过程中热交换器中氦气流量对温场的影响。结果表明:晶体生长过程中固液界面为近弧面;随氦气流量增大,晶体与熔体的温度下降,温度梯度增大;加热器功率缓慢上升。

关键词 蓝宝石 热交换法 数值模拟 氦气流量

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国产大尺寸钛宝石晶体助力世界最强脉冲激光放大输出 被引量：5

10

作者 杭寅 徐民 +9 位作者 张连翰 何明珠 蔡双 李善明 李晓清 梁晓燕 冷雨欣 李儒新 潘世烈 张方方 《人工晶体学报》 EI CAS 北大核心 2019年第5期809-811,共3页

自主研发成功热交换法生长大尺寸钛宝石晶体设备,生长出完整无开裂的钛宝石激光晶体毛坯,经加工获得尺寸达φ235mm×72mm的晶体元件。在180mm口径范围内,晶体光学均匀性达到5.52×10^-5,晶体应力双折射为5.0nm/cm。大尺寸钛宝... 自主研发成功热交换法生长大尺寸钛宝石晶体设备,生长出完整无开裂的钛宝石激光晶体毛坯,经加工获得尺寸达φ235mm×72mm的晶体元件。在180mm口径范围内,晶体光学均匀性达到5.52×10^-5,晶体应力双折射为5.0nm/cm。大尺寸钛宝石晶体应用于上海超强超短激光实验装置,获得339J激光脉冲能量输出,峰值功率达10.3PW。 展开更多

关键词 钛宝石晶体 热交换法 超强超短激光 十拍瓦

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基于倍半氧化物Er∶Lu_2O_3的2.85μm连续激光输出 被引量：1

11

作者 李晓敏 《硅酸盐通报》 CAS CSCD 北大核心 2016年第5期1592-1595,共4页

文章研究了晶体Er∶Lu_2O_3的生长、光谱特性、热传导率和能级跃迁表现。室温下采用971 nm的半导体激光器泵浦,获得了1.4 W的2.85μm连续激光输出,斜效率为36%。这超越了斯托克斯系数,因为低能级返回高能级粒子循环利用的的上转换过程,... 文章研究了晶体Er∶Lu_2O_3的生长、光谱特性、热传导率和能级跃迁表现。室温下采用971 nm的半导体激光器泵浦,获得了1.4 W的2.85μm连续激光输出,斜效率为36%。这超越了斯托克斯系数,因为低能级返回高能级粒子循环利用的的上转换过程,产生了目前为止效率最高的3μm激光输出。在激光二极管泵浦下,获得了5.9 W的激光输出,斜效率为27%。 展开更多

关键词 热交换法 热传导率 3μm激光器

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过氧化物晶体的制备及晶体性能研究

12

作者 李晓敏 王丽洁 +1 位作者 张燕 李梦菲 《硅酸盐通报》 CAS CSCD 北大核心 2014年第10期2720-2722,共3页

过氧化物晶体具有低声子能量,极高的热导率和破坏阈值,是优异的中红外固体激光基质,然而由于熔点高,激光晶体极难生长。本文以热交换法为晶体生长方法,研究过氧化物晶体的生长,并对过氧化物晶体的性能进行了初步研究。

关键词 过氧化物 3μm 热交换法 脉冲激光器

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高熔点稀土倍半氧化钪(Sc_(2)O_(3))晶体的生长 被引量：5

13

作者 赵衡煜 侯文涛 +5 位作者 薛艳艳 王庆国 董建树 雷震霖 徐晓东 徐军 《人工晶体学报》 CAS 北大核心 2021年第4期732-734,共3页

本文通过自主研发制造新型高温晶体生长炉,并采用热交换-温度梯度法的热场结构,从而克服了高温环境下坩埚污染。调节热场结构并引入循环气,增大了温度梯度并改善了结晶驱动力不足的问题。用热交换-温度梯度法生长了2英寸(1英寸=2.54 cm... 本文通过自主研发制造新型高温晶体生长炉,并采用热交换-温度梯度法的热场结构,从而克服了高温环境下坩埚污染。调节热场结构并引入循环气,增大了温度梯度并改善了结晶驱动力不足的问题。用热交换-温度梯度法生长了2英寸(1英寸=2.54 cm)级的氧化钪(Sc_(2)O_(3))晶体,这一结果是目前已知的最大尺寸的倍半氧化物单晶。氧化钪晶体呈现无色透明,外形完整、内部无气泡或其他可观察到的宏观缺陷。尺寸为ϕ55 mm×50 mm。其中放肩部分高度15 mm,等径生长部分的高度为40 mm。块状晶体的XRD谱只有(222)与(444)峰,可判定为单晶体,双晶摇摆曲线半高宽(FWHM)为113″,显示较好的结晶性能。 展开更多

关键词 氧化钪晶体 倍半氧化物晶体 热交换法 温度梯度法

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新型红外晶体材料磷化镓(GaP)的生长结构缺陷及其性能 被引量：1

14

作者 闫泽武 王和明 +4 位作者 杨曜源 郝永亮 蔡以超 东艳萍 方珍意 《人工晶体学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2000年第S1期154-,共1页

磷化镓 (GaP)晶体作为一种表面硬度高 ,热导率大 ,宽波段透过的红外光学材料 ,由于其优良的综合光学、机械和热学性能 ,使其在军事领域及民用高科技领域有着潜在应用的可能性。特别是该晶体材料有可能代替现有的最重要的长波红外材料Zn... 磷化镓 (GaP)晶体作为一种表面硬度高 ,热导率大 ,宽波段透过的红外光学材料 ,由于其优良的综合光学、机械和热学性能 ,使其在军事领域及民用高科技领域有着潜在应用的可能性。特别是该晶体材料有可能代替现有的最重要的长波红外材料ZnS ,或者与其形成复合材料 ,是高马赫数导弹窗口材料的选择之一。国外对磷化镓 (GaP)晶体材料已经进行了很长时间的生长研究 ,采用了许多制备方法 ,但多数只能生长磷化镓 (GaP)材料的薄膜或单晶。针对这一情况 ,我们进行了生长工艺的研究 ,选择出适合磷化镓 (GaP)晶体材料生长的条件。磷化镓 (GaP)晶体材料的制备是在真空、低压密封的生长炉中 ,采用一种新颖的气相扩散热交换法进行生长的。在磷化镓 (GaP)晶体的生长过程中 ,工艺条件要求严格控制 ,如生长界面的温场分布 ,温度梯度的大小 ,磷 (P)蒸气的蒸发与扩散速率的控制 ,以及坩埚容器材料的选择等 ,都能导致磷化镓 (GaP)晶体材料的结构缺陷 ,从而严重影响晶体材料的透过性能及其它性能。本文着重讨论了该方法生长磷化镓 (GaP)晶体材料的结构缺陷 ,以及导致各类缺陷的原因及对晶体性能的影响 ,提出了改进工艺生长条件的方法与措施 ,从而对生长出高品质的磷化镓 (GaP)晶体材料有着至关重要的作用。 展开更多

关键词 红外光学材料 磷化镓 结构缺陷 气相扩散热交换法

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GaP晶体的生长研究

15

作者 杨曜源 王和明 +4 位作者 闫泽武 蔡以超 东艳苹 郝永亮 方珍意 《人工晶体学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2000年第S1期156-,共1页

由于磷化镓具有较高的硬度 845kg/mm2 ,可以弥补现有长波红外材料表面硬度低 ,易损坏的缺点 ,成为宽波段、高透过红外材料一种新的选择。本文着重讨论了GaP晶体的生长方法及其工艺条件对晶体性能的影响。GaP熔体离解压为 ( 3.5± 1 ... 由于磷化镓具有较高的硬度 845kg/mm2 ,可以弥补现有长波红外材料表面硬度低 ,易损坏的缺点 ,成为宽波段、高透过红外材料一种新的选择。本文着重讨论了GaP晶体的生长方法及其工艺条件对晶体性能的影响。GaP熔体离解压为 ( 3.5± 1 )× 1 0 6Pa ,使得在高温下直接通过熔体结晶生长方法制备GaP晶体比较因难 ,需要采用 ( 3.5 5 .0 ) 1 0 6Pa的高压条件 ,为此 ,我们选择了在其离解压相对小的温区内进行生长 ,这时 ,磷蒸气压远大于GaP的离解压 ,使其具备了生长的基本条件。我们采用一种新颖的气相扩散热交换方法制备GaP晶体 ,其工艺流程如下 :在晶体生长过程中 ,容器和沉积基底材料是沾污的主要来源 ,污染使磷化镓性能下降。本文采用不易污染的坩埚、合理的温场没计和工艺控制 ,较好的生长了GaP晶体。在GaP晶体生长中 ,由于原料和化合物都易于氧化 ,所以必须从环境气氛中排除一切氧源。文中还对生长GaP晶体遇到的技术条件问题进行了讨论。 展开更多

关键词 磷化镓晶体 晶体生长 气相扩散热交换法 红外光学材料

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