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本文利用数值模拟的方法分析了三温区泡生法蓝宝石晶体生长过程中的内部辐射、熔体对流、加热器功率配比的影响,并对泡生法蓝宝石晶体生长的几个关键问题进行了探讨。(1)内部辐射对晶体生长的影响。晶体内部辐射的存在使系统内的温场和流场更加均匀,降低了晶体应力;随着晶体内部辐射吸收系数的增加,晶体传热能力降低,熔体的热量不能通过晶体很好地导走,熔体平均温度随之增加,固液界面凸出率也随之减小,晶体内部温度梯度随之增加;熔体内部辐射的存在增加了系统的热传递的能力,使熔体内部对流加剧,熔体通过对流把更多的来自坩埚的热量带到结晶前沿,使熔体内部温度分布更加均匀,同时降低了系统温度梯度和晶体应力。(2)熔体对流对晶体生长的影响。在晶体生长转肩阶段,Marangoni对流的存在使界面凸出率增加了39.8%,并影响了熔体对流状态,引起了转肩阶段的晶体颞部凹陷。当晶体生长到中部时,顺时针漩涡暴露在三相点附近,造成了晶体腰部重熔。在收尾阶段,Marangoni对流大大增加了自由表面附近的漩涡强度,该漩涡由一个漩涡变成两个旋涡,并引起了固液界面翻转。界面反转增加了位错密度和热应力,引起了晶体底部开裂,模拟结果和实验图片相吻合。(3)加热器功率配比对界面稳定性的影响。在收尾阶段,Marangoni对流对熔体传热的贡献和自然对流同等重要,因而收尾阶段熔体对流模式的变化是界面失稳的直接原因;收尾阶段的低界面前沿温梯使界面的抗干扰能力大大下降,并且复杂熔体对流模式更容易地影响了界面稳定性,因此收尾阶段的界面前沿较低的温度梯度是界面失稳的间接原因。另外,在收尾阶段,底部加热器功率的增加能抑制界面反转的发生,但由于晶体较弱的导热能力固液界面仍然是不稳定的;上部加热器功率的降低能进一步改善界面稳定性。(4)泡生法蓝宝石晶体生长的几个关键问题的探讨。通过蓝宝石晶体、钼坩埚和钨坩埚的热膨胀系数的分析发现选择钨钼合金坩埚更有利于蓝宝石晶体的生长,并且粘锅能引起晶体开裂,而侧部粘埚比底部粘埚更容易引起晶体开裂;提出的改良泡生法生长的大尺寸、方形蓝宝石能提高晶体利用率,相关专利已经被国内某知名蓝宝石生产商实施。