本文研究了SAPMAC法定向生长蓝宝石晶体的形态演变及工艺参数对其影响的规律,提出了相应的数学模型及工艺设计方法;考察了结晶界面形貌的演变过程、理论探讨了蓝宝石结晶界面上介观尺度形貌形成的可能机制;分析了蓝宝石晶体中云雾缺陷的形成机制及晶面特殊结构的腐蚀行为,获得以下结果:　　采用不同加热体功率下降速度进行蓝宝石晶体生长实验,发现固定加热体功率下降速度条件下,SAPMAC法生长蓝宝石晶体呈上小下大的圆台外形;加热体功率下降速度越大,晶体在放肩和等径阶段直径增加越快,而在收尾阶段直径减小越慢。建立的晶体外形演化模型表明决定晶体形态演化行为的控制因素为提拉速度、生长界面凸出程度和径向推移速度。提拉速度升高,生长界面凸出程度和径向推移速度降低均可降低晶体直径增大速度或增大直径的减小速度;在以上控制因素固定条件下生长晶体时,晶体的直径将逐渐增大直至一自稳定值,此后,晶体直径对生长条件波动不敏感,可自行回复到自稳定值。通过求解有限长度一维结晶模型建立了实际结晶系统结晶界面推移速度的定量表达式,进一步分析认为加热体功率恒速降低引起生长界面径向推移速度在放肩后逐渐升高,造成晶体直径的逐渐增大,恒定提拉速度导致晶体直径在放肩后快速减小,因此生长出等径晶体的基本条件是在线降低提拉速度和加热体功率,但加热体功率下降速度应缓慢减小。　　对SAPMAC法A-[1120]向和C-[0001]向生长蓝宝石晶体结晶界面微介观形貌的观察结果表明 A向生长晶体的结晶界面在低结晶速度条件下为二维形核生长机制形成的大面积生长层构成的光滑界面,生长层具有沿[8803]晶向所在直线的长直棱边;随着结晶速度升高结晶界面上逐渐出现螺型位错生长丘,界面形态发生起伏并最终形成由螺型位错生长丘沿[8803]晶向所在直线延伸合并而成的条带状组织。C向生长晶体结晶界面形貌较为稳定,为正三角锥腔和正三角岛状结构交替构成的粗糙界面。岛状结构由二维形核机制生长层构成。　　随着结晶界面远离冷却端,定向结晶界面可对液相内持续的温度波动产生非线性响应,出现平面、浅胞、指状到分枝的形态演变过程;结晶速度越高,响应越剧烈,平界面推进距离越短。严格的数学分析表明纯物质定向凝固界面对瞬时形态扰动的稳定性亦决定于结晶速度。当结晶速度低于某一临界值时,界面稳定性模式随结晶速度升高依次为短波稳定、临界稳定和绝对稳定。结晶速度超过临界值后,界面仍可体现出三种稳定模式,这意味着纯物质结晶界面在较小正温度梯度下亦可出现失稳,而在高负温度梯度下却可能是稳定的。据此可以确定实验观察到结晶界面形态起伏与界面对熔体温度波动的非线性响应及失稳行为密切相关。　　SAPMAC法蓝宝石晶体内云雾缺陷由气泡聚集而成,平均直径约为29.4?m。激光显微拉曼光谱测试表明气泡内气体为CO2,它们经杂质C与Al2O3高温分解产生的活化 O2-反应形成,其后通过溶质再分配及提拉负压作用在结晶界面前沿2.8mm厚熔体层内聚集并析出形核,进而长大形成气泡。SAPMAC法晶体生长过程中熔体呈自然对流模式,但在结晶界面中心部位前沿易出现熔体涡旋;另一方面,结晶界面前沿熔体流速量级远大于熔体中气泡受力分析所给出的能使平均直径为29.4?m的气泡在熔体中悬浮的熔体流速量级,因此结晶界面前沿气泡将在熔体带动下向界面中心部位前沿熔体涡旋运动并被涡旋捕获,进而被结晶界面捕获形成常见的晶体轴线区云雾缺陷。提拉速度下降有利于减弱结晶界面中心部位前沿熔体漩涡的强度和体积,增大熔体自然对流速度,降低气体析出能力和减小结晶界面粗糙度,降低加热体功率下降速度可减小晶体生长速度,降低结晶界面粗糙度,从而减小界面前沿气体浓度和形核析出能力。降低提拉速度和加热体功率下降速度是抑制SAPMAC法晶体云雾缺陷形成的有效途径。　　KOH熔体中蓝宝石晶体C-{0001}晶面上位错的蚀坑形态为三次旋转对称正三棱锥(台)或六棱锥(台),侧壁面出现明显的晶面化,这些晶面均属于{1102}晶面族。C面上较深空腔的蚀坑形态亦为三次旋转对称的空间结构,侧壁面由{2116}、{1105}、{1100}和{1120}晶面族构成。位错蚀坑以运动波形式扩展,在腐蚀过程没有明显的形态变化,其腐蚀过程由台阶的恒速运动完成。腐蚀由KOH与Al2O3间化学反应控制,激活能为96.6KJ/mol。空腔蚀坑在[1100]、[0110]和[1010]三方向上优先发育,逐渐形成正六边形外缘,腐蚀过程亦由台阶的恒速运动完成。