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蓝宝石晶体生长中钨坩埚热应力分析   

蓝宝石单晶是一种氧化铝(Al2O3)的单晶,它的光学穿透带很宽,从近紫外光(190nm)到中红外线都有很好的透光性,另外因其具有良好的光学性能、机械性能和稳定的化学性能,且强度高、硬度大、耐腐蚀,被广泛应用于军事、医学、电子及其他领域。而要生产性能优良的蓝宝石单晶蓝宝石单晶生长炉中的坩埚是一个重要的关键因素。具有高纯度、高密度、无内裂纹、尺寸精准、内外壁光洁等特征的坩埚对蓝宝石晶体生长过程中的引晶成功率、拉晶质量控制、脱晶粘锅以及使用寿命的延长都起到了关键的作用。钨坩埚具有高强度、高硬度且耐高温等特性被广泛应用于蓝宝石生长炉中。经实验发现,在蓝宝石单晶生长过程中产生的热应力集中的现象导致钨坩埚使用寿命短,因此许多科学家研究蓝宝石单晶生长过程中钨坩埚使用失效的影响因素发现,热应力是钨坩埚使用失效的主要原因。

热应力:钨坩埚在使用过程中受到了长期周期性加热、冷却作用,导致坩埚轴向和径向都存在温度梯度,且在晶体生长过程中产生的循环热震冲击坩埚产生了微裂纹。在长期循环使用过程中,微裂纹会不断扩展,到达一定程度后,导致坩埚报废。经试验发现,最大热应力存在于坩埚与托盘结合处,在满足晶体生长条件下,减缓升温速度,较小温度梯度,增大托杆中间孔隙,改变托盘托杆材料等方法都可以减小热应力。

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