掺碳钛宝石晶体定向开裂的机理研究

采用下降法生长技术，沿a向1120]生长的掺碳钛宝石晶体，在切割等加工过程中掺碳钛宝石晶体经常发生定向开裂的现象．本文对掺碳钛宝石晶体的定向开裂特征和机理进行了分析与研究，发现定向裂纹是在基质氧化铝晶格的（1100）面上发源，并且沿着f00011晶向即c轴方向扩展．采用晶体结构可视化软件（Crystalmaker）模拟得出，基质氧化铝晶格原子在（1100）面上的原子排列最为稀疏，并且在（1100）晶面上，垂直0001]晶向相邻原子间距最大，在应力作用下晶格（1100）0001]系统的开裂强度最低．采用光学显微镜、扫描电镜（SEM）和电子探针等仪器和手段，发现在开裂的掺碳钛宝石晶体中沉积了不规则的碳包裹物，降温过程中包裹物的热膨胀失配引起巨大的内应力，使得裂纹在晶体最薄弱的系统（1100）0001]面上发源并扩展，导致晶体的宏观定向开裂．该研究对优质钛宝石晶体的生长具有重要的理论和现实意义．

Mechanism of directional cracking of Ti,C:sapphire crystal