Dislocation Analysis for Large-sized Sapphire Single Crystal Grown by SAPMAC Method

In this paper,large-sized sapphire (230×210 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 etching,scanning electron microscopy and X-ray topography method. The triangular dislocation etch pit measured is 7.6×101～8.0×102 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.     

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

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.     

蓝宝石晶体热性能的各向异性对SAPMAC法晶体生长的影响

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.     

泡生法制备大尺寸蓝宝石单晶体

蓝宝石单晶作为光学材料在紫外、可见和红外波段有宽的透射带及高的透射率,与许多其它光学窗口材料相比,有更好的机械性能和物理性能,如高硬度、高拉伸强度、抗冲刷性、热导性、机械稳定性和显著的抗热冲击性能等。这些光学与机械性质的组合使蓝宝石材料被用于一系列高科技的光电应用中。刚玉单晶生长的高纯净、大尺寸化一直是科研工作者的研究方向。     

长脉冲激光切割蓝宝石的断口分析

采用长脉冲激光对蓝宝石晶体在不同的保护气体作用下切割获得的断口进行了研究.Nd: YAG脉冲激光分别在N2、Ar、O2保护气氛下对蓝宝石晶体的(0001)面上以相同的工艺参数进行切割.蓝宝石切割断口的物相和形貌分别采用XRD和SEM进行表征.结果表明:在保护气体作用下,Ar保护气氛下的切割深度最大,断口平整,有金属光泽,检测断口处以多晶α-Al2O3相为主相,并有少量的Al相;N2保护下断口无金属光泽,有粉化现象,存在多晶α-Al2O3相为主相,并有少量的AlN相;O2保护气下切割深度最浅,而且断口表面粉化严重,检测出以多晶α-Al2O3相为主相,三种切痕条纹均与激光的切削方向相反.     

加热功率波动对SAPMAC法生长蓝宝石晶体的影响

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.