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SAPMAC法长蓝宝石晶体的温场设计、工艺分析与控制

许承海 , 韩杰才 , 张明福 , 孟松鹤 , 左洪波

无机材料学报 doi:10.3724/SP.J.1077.2007.00344

采用SAPMAC法, 以a向为结晶取向, 生长出φ 240mm ×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.

关键词: 蓝宝石 , SAPMAC method , temperature field design , process optimization

蓝宝石单晶窗口材料空间粒子辐照效应研究

张宇民 , 柯瑞 , 韩杰才 , 周玉锋 , 尹中伟 , 李凯

人工晶体学报

蓝宝石单晶(α-Al2O3)窗口材料服役于空间环境中将不可避免地受到各种不同射线及离子流的辐照作用,影响其使用性能.本文研究了蓝宝石单晶经不同剂量质子流、电子流以及综合流辐照后其表面粗糙度、透过率以及面形精度等光学性能和结构的变化.实验表明空间粒子辐照使蓝宝石表面粗糙度增大且具有剂量效应,其中综合流对表面粗糙度影响最大,质子次之,电子影响最小；UV-Vis-VIR及FTIR测试实验表明空间粒子辐照使蓝宝石透过率下降,在紫外波段下降最明显,且在不同波段范围内不同辐照粒子种类对蓝宝石单晶透过率的影响程度也不同；粒子辐照对面形精度的影响不明显.

关键词: 蓝宝石 , 辐照 , 粗糙度 , 透过率 , 面形精度

蓝宝石强化研究进展

张明福 , 张海亮 , 郭怀新 , 韩杰才 , 杨海 , 霍承松 , 黎建明

材料导报

蓝宝石窗罩在气动热效应作用下易产生破裂,使其结构/功能失效.提高蓝宝石高温强度可有效抑制其高温断裂行为.结合国内外研究成果,从蓝宝石高温失效机理、蓝宝石高温强度表征新方法和蓝宝石强化方法等方面,综合评述了蓝宝石强化研究领域的最新成果,其中重点介绍了蓝宝石强化的研究进展,最后指出了我国蓝宝石强化研究的努力方向.

关键词: 蓝宝石 , 失效机理 , 强化 , 进展

不同磨料对蓝宝石晶片化学机械抛光的影响研究

熊伟 , 储向峰 , 董永平 , 毕磊 , 叶明富 , 孙文起

人工晶体学报

本文制备了几种含不同磨料(SiC、Al2O3不同粒径SiO2)的抛光液,通过纳米粒度仪分析磨料粒径分布,采用原子力显微镜观察磨料的粒径大小.研究了不同磨料对蓝宝石晶片化学机械抛光(CMP)的影响,利用原子力显微镜检测抛光前后蓝宝石晶片表面粗糙度.实验结果表明,在相同的条件下,采用SiC、Al2O3作为磨料时,材料去除速率与表面粗糙度均不理想；而采用含1％粒径为110 nm SiO2的抛光液,材料的去除速率最高为41.6 nm/min,表面粗糙度Ra=2.3 nm；采用含1％粒径为80 nm SiO2的抛光液,材料的去除速率为36.5 nm/min,表面粗糙度最低Ra=1.2 nm.

关键词: 蓝宝石 , 化学机械抛光 , 去除速率 , 表面粗糙度 , 磨料

泡生法蓝宝石晶体炉不同保温屏材料的性能比较分析

郭余庆 , 葛楠楠 , 王凯 , 李泽焱 , 王鸣

人工晶体学报

泡生法蓝宝石晶体炉内保温屏是炉内温场的重要部件,并对晶体生长有重要影响.本文对不同的保温屏材料的影响进行了计算分析.通过分析加热功率、晶体温度分布、固液界面形状,比较钨钼、石墨、氧化锆三种材料的保温屏的保温性能和对晶体生长的影响,结果表明:氧化锆保温性能优于钨钼保温屏,而石墨保温性能最差.选用钨钼保温屏和氧化锆保温屏晶体温度分布较为接近,且高于选用石墨保温屏时的温度分布.石墨保温屏对应的固液界面形状最大,钨钼屏其次,而氧化锆材料时形状最平缓.

关键词: 泡生法 , 蓝宝石 , 保温屏 , 材料属性

泡生法生长大尺寸蓝宝石晶体的生长速率研究

蔡迅 , 黎建明 , 刘春雷 , 李楠

人工晶体学报

采用晶体生长数值模拟软件CrysMAS对泡生法生长蓝宝石晶体过程的温场进行了研究,利用数值模拟结果来调节晶体生长实验的生长速率,成功的长出了质量为91.3 kg的高质量蓝宝石晶体,并将模拟结果与实验结果进行了对比.结果表明:数值模拟结果能很好的反映出晶体在不同时刻的生长状态.晶体在生长初期应保持较低的生长速度,在等径生长阶段,晶体的最大生长速度应低于1002 g/h.

关键词: 泡生法 , 蓝宝石 , 数值模拟 , 固液界面 , 生长速度

泡生法蓝宝石单晶不同生长阶段的数值模拟研究

刘方方 , 左然 , 苏文佳

人工晶体学报

针对泡生法蓝宝石单晶生长的不同生长阶段的温场、流场和固液界面形状进行数值模拟研究.并分析了加热器相对坩埚的轴向位置和不同生长速率对蓝宝石单晶生长的影响.结果表明:在蓝宝石单晶生长中,在靠近坩埚壁面和固液界面的熔体内,等温线密,温度梯度较大;在靠近坩埚底部的熔体内,等温线稀疏,温度梯度较小.随着晶体高度的增加,熔体对流由放肩阶段的两个涡胞变成等径阶段的一个涡胞,熔体平均温度有小幅度下降;加热器相对坩埚的轴向位置对晶体生长炉内温场和固液界面形状影响很大,随着加热器位置上移,晶体内平均温度升高,温度梯度减小;熔体内平均温度降低,温度梯度增大.同时固液界面凸度增大.随着晶体生长速率增大,固液界面凸度增大,界面更加凸向熔体.

关键词: 蓝宝石 , 泡生法 , 数值模拟 , 固液界面

c向蓝宝石单晶纳米压痕尺度效应研究

柯瑞 , 张宇民 , 周玉锋

人工晶体学报

本文以c向蓝宝石单晶为对象采用纳米压痕方法测试了不同载荷下蓝宝石单晶的硬度与杨氏模量.分析表明,当载荷P=25±2 mN时出现了第一次位移突变现象,且位移突变量与最大压入载荷无关;试样的硬度与杨氏模量值随着压入深度的增大而减小,呈现出明显的压痕尺度效应;利用Nix-Gao尺度效应模型对测试数据进行了拟合,最终得出试样的硬度值与杨氏模量为30.956 GPa与382.316 GPa,与前人分析结果符合程度较高,证明Nix-Gao模型适用于蓝宝石单晶纳米压痕测试尺度效应的模拟与分析.

关键词: 蓝宝石 , 纳米压痕 , 尺度效应 , 硬度 , 杨氏模量

利用辐射加热炉进行蓝宝石及其它高温氧化物的热物理和光学性能的研究

人工晶体学报

本文描述了一种特大的实验装置-辐射加热炉,获得了蓝宝石和其它高温氧化物在固相、液相时的光学、热学和物理性能.该装置和相应的技术使得在高于3500K温度下研究这些材料的粘度、熔点、热导率、发射率和吸收系数成为可能,并以此得到了高温下蓝宝石的分子热传导系数,以及不同降温速率下蓝宝石的过冷情况.此外,介绍了一种复合氧化物材料MgO-Al2O3-HfO在宽波段范围内的反射率.本文所给出的数据对于从事晶体和高温陶瓷方面研究的专家学者将很有用处.

关键词: 蓝宝石 , 高温氧化物 , 辐射加热炉 , 光学和热物理性能 , 反射率

导模法蓝宝石单晶的位错缺陷及其力学性能的研究

胡克艳 , 唐慧丽 , 王静雅 , 钱小波 , 徐军 , 杨秋红

人工晶体学报

采用导模法生长了a向,尺寸为60 mm ×5 mm ×300 mm的蓝宝石单晶片,采用化学腐蚀-金相显微镜法观测了其(0001)晶面的位错特征,并且采用INSTRON-1195万能试验机测试了抛光样品的弯曲强度.结果显示:当晶体中位错缺陷分布均匀时,在外部弯曲应力下,蓝宝石晶体发生特定晶面的高强解理断裂,位错密度的升高对蓝宝石弯曲强度没有明显损害作用.然而当晶体中出现位错密排结构时,蓝宝石单晶常温弯曲强度迅速下降.

关键词: 导模法 , 蓝宝石 , 位错缺陷 , 弯曲强度