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SAPMAC法生长大尺寸蓝宝石晶体的碎裂分析 被引量:9
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作者 许承海 孟松鹤 +2 位作者 韩杰才 张明福 左洪波 《硅酸盐通报》 CAS CSCD 北大核心 2009年第B08期186-189,共4页
在SAPMAC法晶体生长过程中常常出现晶体开裂现象,导致试验失败;根据裂纹萌生的位置、扩展程度可将其概括为全开裂(粉碎性开裂)和体内开裂(节理面开裂)两种开裂形态。研究结果表明:引起晶体开裂的主要原因是晶体内部由温度分布不均匀所... 在SAPMAC法晶体生长过程中常常出现晶体开裂现象,导致试验失败;根据裂纹萌生的位置、扩展程度可将其概括为全开裂(粉碎性开裂)和体内开裂(节理面开裂)两种开裂形态。研究结果表明:引起晶体开裂的主要原因是晶体内部由温度分布不均匀所引起的热应力,晶体内热应力与系统温度梯度、晶体热膨胀系数及晶体直径成正比;过快的晶体生长速率和过快的冷却速率,将会引起晶体内部整体热应力过大,造成晶体整体碎裂;在晶体直径突变及包裹物边缘位置易产生应力集中,微裂纹在应力集中位置萌生,并沿薄弱的(11-20)或(01-12)面扩展,造成晶体局部开裂。本实验室通过设计合理而稳定的温场、优化晶体生长工艺及退火处理等方法,较好地解决了蓝宝石晶体的开裂问题,生长了直径达240mm的大尺寸蓝宝石晶体。 展开更多
关键词 热应力 晶体裂纹 蓝宝石 sapmac
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Thermal Stresses and Cracks During the Growth of Large-sized Sapphire with SAPMAC Method 被引量:2
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作者 许承海 孟松鹤 +2 位作者 张明福 左洪波 汪桂根 《Chinese Journal of Aeronautics》 SCIE EI CAS CSCD 2007年第5期475-480,共6页
The finite-element method has been used to study the thermal stress distribution in large-sized sapphire crystals grown with the sapphire growth technique with micro-pulling and shoulder-expanding at cooled center (S... The finite-element method has been used to study the thermal stress distribution in large-sized sapphire crystals grown with the sapphire growth technique with micro-pulling and shoulder-expanding at cooled center (SAPMAC) method. A critical defect model has been established to explain the growth and propagation of cracks during the sapphire growing process. It is demonstrated that the stress field depends on the growth rate, the ambient temperature and the crystallizing direction. High stresses always exist near the growth interfaces, at the shoulder-expanding locations, the tailing locations and the sites where the diameters undergo sharp changes. The maximum stresses always occur at the interface of seeds and crystals. Cracks often form in the critical defect region and spread in the m-planes and a-planes under applied tensile stresses during crystal growth. The experimental results have verified that with the improved system of crystal growth and well-controlled techniques, the large-sized sapphire crystals of high quality can be grown due to absence of cracks. 展开更多
关键词 thermal stress CRACK SAPPHIRE sapmac method
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SAPMAC法生长蓝宝石晶体的温场设计、工艺分析与控制 被引量:9
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作者 许承海 韩杰才 +2 位作者 张明福 孟松鹤 左洪波 《无机材料学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2007年第2期344-348,共5页
采用SAPMAC法,以α向为结晶取向,生长出φ240mm×210mm,重27.5kg的完整透明的蓝宝石单晶.从理论上探讨了缺陷密度及晶体开裂与温度分布、生长速率、冷却速率等晶体生长工艺参数之间的关系.设计了SAPMAC法生长大尺寸晶体的最佳温... 采用SAPMAC法,以α向为结晶取向,生长出φ240mm×210mm,重27.5kg的完整透明的蓝宝石单晶.从理论上探讨了缺陷密度及晶体开裂与温度分布、生长速率、冷却速率等晶体生长工艺参数之间的关系.设计了SAPMAC法生长大尺寸晶体的最佳温场分布、工艺控制.利用专用设备加工出大尺寸晶棒、板状窗口,并测试了标准样品的红外透过性能. 展开更多
关键词 蓝宝石 冷心放肩微量提拉法 温度场设计 工艺优化
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蓝宝石晶体热性能的各向异性对SAPMAC法晶体生长的影响 被引量:6
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作者 许承海 杜善义 +4 位作者 孟松鹤 韩杰才 汪桂根 左洪波 张明福 《人工晶体学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第6期1261-1265,共5页
采用有限元法对冷心放肩微量提拉法蓝宝石晶体生长过程中晶体内的温度、应力分布进行了模拟计算,结合实验结果讨论了蓝宝石晶体热性能的各向异性对晶体生长的影响。研究结果表明,对于冷心放肩微量提拉蓝宝石晶体生长系统,较大的轴向热... 采用有限元法对冷心放肩微量提拉法蓝宝石晶体生长过程中晶体内的温度、应力分布进行了模拟计算,结合实验结果讨论了蓝宝石晶体热性能的各向异性对晶体生长的影响。研究结果表明,对于冷心放肩微量提拉蓝宝石晶体生长系统,较大的轴向热导率有利于提高晶体的生长速率和界面稳定性,而稍大的径向热导率则有利于保持微凸的生长界面。晶体内的热应力受径向热膨胀系数的影响显著,随着径向热膨胀系数的增大而增大,最大热应力总是出现在籽晶与新生晶体的界面区域。在实验中选a轴为结晶取向,成功生长出了直径达230mm、高质量蓝宝石晶体。 展开更多
关键词 各向异性 热性能 蓝宝石 冷心放肩微量提拉法
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SAPMAC法生长大尺寸蓝宝石单晶工艺研究 被引量:3
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作者 姚泰 左洪波 +4 位作者 孟松鹤 韩杰才 张明福 李常青 许承海 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第5期794-796,共3页
采用冷心放肩微量提拉法(SAPMAC法)在真空条件下,选择〈1010〉方向的籽晶成功生长了尺寸为φ220×200mm的大尺寸蓝宝石晶体,生长时结晶区温度梯度为0.5—1.0℃/mm,生长速度为0.1-2mm/h.对生成晶体的透射率进行了检测,... 采用冷心放肩微量提拉法(SAPMAC法)在真空条件下,选择〈1010〉方向的籽晶成功生长了尺寸为φ220×200mm的大尺寸蓝宝石晶体,生长时结晶区温度梯度为0.5—1.0℃/mm,生长速度为0.1-2mm/h.对生成晶体的透射率进行了检测,测试结果表明在2500—4000cm^-1范围内,1mm厚度蓝宝石晶片的透过率达85%以上. 展开更多
关键词 冷心放肩微量提拉法 蓝宝石单晶 透过率
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加热功率波动对SAPMAC法生长蓝宝石晶体的影响 被引量:3
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作者 许承海 杜善义 +4 位作者 张明福 孟松鹤 左洪波 谭舒平 G.Benik 《人工晶体学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第2期267-271,共5页
本文根据温度波在熔体介质中的传播理论,结合SAPMAC法蓝宝石晶体生长工艺特点,研究了由加热功率波动引起的温度波动对晶体生长的影响。研究表明由于氧化铝高温熔体具有较大的热扩散系数,温度波较容易传到固液界面引起界面温度起伏;界面... 本文根据温度波在熔体介质中的传播理论,结合SAPMAC法蓝宝石晶体生长工艺特点,研究了由加热功率波动引起的温度波动对晶体生长的影响。研究表明由于氧化铝高温熔体具有较大的热扩散系数,温度波较容易传到固液界面引起界面温度起伏;界面的温度起伏会使晶体内产生气泡、空腔等缺陷。根据温度波的频率、幅值对氧化铝熔体的传递深度、衰减规律的关系,提出了提高系统热惯性、增加界面熔体包裹层厚度等抑制措施。 展开更多
关键词 加热功率波动 温度波 蓝宝石 冷心放肩微量提拉法
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SAPMAC法蓝宝石单晶的生长、检测与超声震动加工 被引量:2
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作者 韩杰才 许承海 +3 位作者 左洪波 孟松鹤 张明福 姚泰 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第3期398-403,共6页
分析SAPMAC法生长大尺寸蓝宝石晶体的工艺技术,并对制备的晶体质量进行了检测与分析.研究结果表明:采用SAPMAC法生长的蓝宝石晶体结构完整,FHWM值很小,只有11arcsec;缺陷密度在102/cm2水平,纯度高于99.995%,常温下晶体在3~5μm波段红... 分析SAPMAC法生长大尺寸蓝宝石晶体的工艺技术,并对制备的晶体质量进行了检测与分析.研究结果表明:采用SAPMAC法生长的蓝宝石晶体结构完整,FHWM值很小,只有11arcsec;缺陷密度在102/cm2水平,纯度高于99.995%,常温下晶体在3~5μm波段红外透过率高于85%;用超声振动加工技术对大尺寸蓝宝石单晶进行加工,设计了专用金刚石磨削复合刀具,提高了加工效率. 展开更多
关键词 蓝宝石 冷心放肩微量提拉法 质量检测 超声震动加工
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蓝宝石热物性能对SAPMAC法晶体生长影响的模拟分析 被引量:2
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作者 许承海 张明福 +2 位作者 孟松鹤 左洪波 韩杰才 《稀有金属材料与工程》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2007年第A02期452-456,共5页
利用数值模拟计算方法对材料热物性能对晶体生长的影响进行了计算分析,计算表明:晶体与熔体具有相同的热导率时,较小的热导率能够有效降低晶体内温度梯度和界面凸出率;晶体热导率各向异性时,较大的径向热导率,较小的轴向热导率更有利于... 利用数值模拟计算方法对材料热物性能对晶体生长的影响进行了计算分析,计算表明:晶体与熔体具有相同的热导率时,较小的热导率能够有效降低晶体内温度梯度和界面凸出率;晶体热导率各向异性时,较大的径向热导率,较小的轴向热导率更有利于保持微凸的生长界面;热熔、潜热对温场几乎没有影响。选α轴为结晶取向,成功生长出了直径达230mm、高质量蓝宝石晶体。 展开更多
关键词 蓝宝石 数值模拟 冷心放肩微量提拉法
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Study on Inclusions in Large Sapphire Optical Crystal Grown by SAPMAC Method 被引量:2
9
作者 WANG Gui-gen ZHANG Ming-fu ZUO Hong-bo HE Xiao-dong HAN Jie-cai 《Chinese Journal of Aeronautics》 SCIE EI CAS CSCD 2006年第B12期31-35,共5页
The sapphire (Al2O3) single crystal is a kind of excellent infrared transmission window materials. A large-sized sapphire (Ф225 mm×205 mm, 27.5 kg) was grown by SAPMAC method (sapphire growth technique with... The sapphire (Al2O3) single crystal is a kind of excellent infrared transmission window materials. A large-sized sapphire (Ф225 mm×205 mm, 27.5 kg) was grown by SAPMAC method (sapphire growth technique with micro-pulling and shoulder-expanding at cooled center). Several kinds of inclusion in the large sapphire crystal were investigated by means of an optical microscopy (OM), scanning electron microscopy (SEM) and electron probe microanalysis (EPMA). The experimental results show that most inclusions are consisted of solid metallic and non-metallic particles as well as gas pores caused by the impurity of alumina as the raw material, the thermal dissociation of aluminum oxide melt and the reaction of the melt to the crucible material (Mo) at high temperatures. It is also found that in different crystal regions the inclusions are of varied sizes, morphology and chemical compositions. Finally, the measures to reduce and eliminate the inclusions are proposed to improve the crystal quality. 展开更多
关键词 sapphire single crystal INCLUSIONS BUBBLES sapmac method
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Dislocation Analysis for Large-sized Sapphire Single Crystal Grown by SAPMAC Method 被引量:2
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作者 汪桂根 张明福 +3 位作者 左洪波 许承海 赫晓东 韩杰才 《Chinese Journal of Structural Chemistry》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2007年第11期1332-1336,共5页
In this paper, large-sized sapphire (Φ230×210 mm, 27.5 kg) was grown by SAPMAC method (sapphire growth technique with micro-pulling and shoulder-expanding at the cooled center). Dislocation peculiarity in la... In this paper, large-sized sapphire (Φ230×210 mm, 27.5 kg) was grown by SAPMAC method (sapphire growth technique with micro-pulling and shoulder-expanding at the cooled center). Dislocation peculiarity in large sapphire boule (0001) basal plane was investigated by chemical etchiing, scanning electron microscopy and X-ray topography method. The triangular dislocation etch pit measured is 7.6× 10^1-8.0×10^2 cm^2, in which relative high-density dislocations were generated at both initial and final stages of crystal growth. The analysis of single-crystal X-ray topography shows that there are no apparent sub-grain boundaries; the dislocation lines are isolated and straight. Finally, the origins of low-density dislocation in sapphire crystal are discussed by numerical analysis method. 展开更多
关键词 SAPPHIRE DISLOCATION chemical etching X-ray topography sapmac method
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籽晶边长对SAPMAC法蓝宝石晶体放肩阶段生长质量的影响
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作者 姜汉坤 金培鹏 +1 位作者 吕进 张树波 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第A01期125-128,134,共5页
温度场的控制是蓝宝石生长过程关键技术问题。采用有限元方法研究了冷心放肩微量提拉法蓝宝石单晶生长过程中籽晶的边长对晶体生长放肩阶段温度场内温度分布、流场分布和晶体的等效应力分布的影响。结果表明:当籽晶边长为24mm时,放肩阶... 温度场的控制是蓝宝石生长过程关键技术问题。采用有限元方法研究了冷心放肩微量提拉法蓝宝石单晶生长过程中籽晶的边长对晶体生长放肩阶段温度场内温度分布、流场分布和晶体的等效应力分布的影响。结果表明:当籽晶边长为24mm时,放肩阶段熔体的轴径向温度变化平缓,温度场内温度分布均匀,熔体的流动和晶体的热应力均适合晶体的生长。 展开更多
关键词 蓝宝石单晶 籽晶边长 数值模拟 籽晶断裂 晶体粘锅 冷心放肩微量提拉法
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大尺寸氧化铝单晶的光谱和色心研究 被引量:1
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作者 汪桂根 左洪波 +5 位作者 张明福 赫晓东 韩杰才 许承海 杨鑫宏 Grigoryan Benik 《稀有金属材料与工程》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2007年第A02期457-460,共4页
采用冷心放肩微量提拉法(SAPMAC)生长了目前国内最大的氧化铝单晶体((?)225mm×205mm,重27.5kg)。测试了大晶坯不同部位样品的真空紫外吸收光谱(140nm~380nm)及荧光光谱。结果表明,晶体各部位样品都存在波长为163nm,178nm及230nm... 采用冷心放肩微量提拉法(SAPMAC)生长了目前国内最大的氧化铝单晶体((?)225mm×205mm,重27.5kg)。测试了大晶坯不同部位样品的真空紫外吸收光谱(140nm~380nm)及荧光光谱。结果表明,晶体各部位样品都存在波长为163nm,178nm及230nm左右的吸收峰位;而且边缘部位样品的吸收系数更大。荧光光谱图上主要存在320nm左右的紫外荧光带和420nm附近的蓝色荧光带。进一步的研究证实了吸收色心起源于氧空位与Ti^(4+)复合存在以及Mn^(4+)、Cr^(3+)等杂质离子的电荷转移过程。计算了不同类型的色心浓度。最后提出了减小色心浓度、提高晶体光学性能的一些工艺措施。 展开更多
关键词 氧化铝单晶 色心 吸收光谱 荧光光谱 sapmac
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蓝宝石单晶的气孔形成研究 被引量:10
13
作者 姚泰 韩杰才 +3 位作者 左洪波 孟松鹤 张明福 李常青 《无机材料学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2008年第3期439-442,共4页
采用冷心放肩微量提拉法(SAPMAC法)生长的蓝宝石晶体,气孔是其主要缺陷.本文探讨了影响气孔形成的工艺因素,从晶体生长动力学角度分析了气孔形成机理.结果表明,通过优化温场、选择合适的生长速度及控制微凸固/液界面形状,可有效降低晶... 采用冷心放肩微量提拉法(SAPMAC法)生长的蓝宝石晶体,气孔是其主要缺陷.本文探讨了影响气孔形成的工艺因素,从晶体生长动力学角度分析了气孔形成机理.结果表明,通过优化温场、选择合适的生长速度及控制微凸固/液界面形状,可有效降低晶体中气孔的数量. 展开更多
关键词 气孔形成 蓝宝石晶体 冷心放肩微量提拉法
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冷心放肩微量提拉法大尺寸蓝宝石单晶生长过程的模拟分析 被引量:11
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作者 许承海 左洪波 +4 位作者 孟松鹤 姚泰 汪桂根 李长青 张明福 《人工晶体学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第5期976-983,共8页
利用数值模拟方法计算了冷心放肩微量提拉法(SAPMAC)蓝宝石晶体生长过程。结合晶体直径变化、裂纹出现位置与延续方向、晶体透明性等实验现象,通过与提拉法、温梯法、坩埚移动法等相对比,分析了冷心放肩微量提拉法晶体生长各阶段的工艺... 利用数值模拟方法计算了冷心放肩微量提拉法(SAPMAC)蓝宝石晶体生长过程。结合晶体直径变化、裂纹出现位置与延续方向、晶体透明性等实验现象,通过与提拉法、温梯法、坩埚移动法等相对比,分析了冷心放肩微量提拉法晶体生长各阶段的工艺特点,并根据模拟计算结果对晶体生长系统和晶体生长控制工艺进行了改进。分别利用增大热交换器的散热参数、降低加热温度、改进降温曲线、调节外加轴向和径向温度梯度的方式来实现对晶体生长的引晶、放肩、等径和收尾控制。通过实验比较证明了改进后的晶体生长系统和晶体生长控制工艺能够生长出性能较好的大尺寸蓝宝石晶体。 展开更多
关键词 晶体生长 数值模拟 蓝宝石 冷心放肩微量提拉法
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散热参数对冷心放肩微量提拉法生长蓝宝石晶体影响的数值模拟 被引量:3
15
作者 许承海 孟松鹤 +4 位作者 韩杰才 左洪波 张明福 汪桂根 G.Benik 《硅酸盐通报》 CAS CSCD 北大核心 2006年第6期56-61,共6页
利用数值模拟分析的方法,研究了冷心放肩微量提拉法生长蓝宝石晶体过程中热交换器散热参数对晶体质量的影响趋势;分析了热交换器的散热参数变化对晶体生长的固液界面凸出率和晶体内温度分布、温度梯度的影响。结果表明,热交换器的对流... 利用数值模拟分析的方法,研究了冷心放肩微量提拉法生长蓝宝石晶体过程中热交换器散热参数对晶体质量的影响趋势;分析了热交换器的散热参数变化对晶体生长的固液界面凸出率和晶体内温度分布、温度梯度的影响。结果表明,热交换器的对流换热系数和工作流体的温度变化对晶体生长的固液界面突出率和温度梯度具有相似的影响效果;且在晶体长到一定尺寸后,只靠加大热交换器的散热热能力,不足使晶体继续生长。 展开更多
关键词 散热参数 数值模拟 蓝宝石 冷心放肩微量提拉法
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大尺寸蓝宝石单晶的制备方法研究进展 被引量:1
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作者 张晓军 周新民 《绿色科技》 2013年第8期273-275,共3页
简述了两种大尺寸蓝宝石单晶的制备方法,即泡生法和冷心放肩微量提拉法。对于泡生法制备蓝宝石晶体,主要介绍了该方法的基本原理和优缺点。对冷心放肩微量提拉法在泡生法和提拉法的基础上进行了一系列的改进,极大地缩短了晶体生长周期... 简述了两种大尺寸蓝宝石单晶的制备方法,即泡生法和冷心放肩微量提拉法。对于泡生法制备蓝宝石晶体,主要介绍了该方法的基本原理和优缺点。对冷心放肩微量提拉法在泡生法和提拉法的基础上进行了一系列的改进,极大地缩短了晶体生长周期并提高了材料综合利用率,但冷心放肩微量提拉法也存在一些缺陷。因此,指出原有方法的改进和新方法的研究仍然是晶体研究者工作的重点。 展开更多
关键词 泡生法 冷心放肩微量提拉法 蓝宝石
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