晶体加工计座 第一讲 晶体的基本知识

本刊拟从本期开始分四讲连载“晶体加工讲座”。第一讲《晶体的基本知识》主要介绍有关晶体的最基本的概念;第二讲《晶体的切割和研磨》,着重介绍晶体切割和研磨的一般方法;第三讲《晶体的定向》,简述晶体定向的一般方法,重点阐明晶体加工最主要的定向手段——晶体的X射线定向原理和方法;第四讲《晶体的抛光》,主要介绍晶体加工用抛光剂和抛光胶的选择原则和处理方法。     

晶体取向对定向凝固枝晶生长的影响

采用类金属透明模型合金丁二腈-1.0 wt%乙醇(SCN-1.0 wt% Eth)合金, 考察了晶体取向对定向凝固过程中晶粒的平界面失稳孕育时间、枝晶形态演化以及枝晶一次间距的影响. 结果表明, 随着枝晶择优生长方向与温度梯度方向夹角的增大, 晶粒的平界面失稳孕育时间增加, 界面的稳定性增强; 对于不同晶体取向的枝晶形态演化, 枝晶择优生长方向与温度梯度方向夹角越大, 枝晶二次臂不对称生长越严重, 同时, 具有生长优势的枝晶二次臂对相邻枝晶的生长的抑制越强烈; 至于不同晶体取向的枝晶一次间距, 随着枝晶择优生长方向与温度梯度方向夹角的增大, 枝晶一次间距增大. 关键词： 定向凝固 平界面失稳 枝晶间距 晶体取向     

基于线切割机加工硅分光晶体的研究

单晶硅分光晶体作为同步辐射光源光束线单色器中常用的部件,由于它对加工精度的要求越来越高,所以减小加工过程中产生的残余应变显得尤为重要。介绍了线切割机加工单晶硅晶体的主要过程,包括晶体定向的原理,线切割机加工硅分光晶体的方法,检测加工表面的粗糙度和面形。此外还利用上海光源BL14B线站测量了它的摇摆曲线,其结果满足设计要求。     

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．     

高功率激光晶体加工技术的研究

针对高功率激光器中使用的激光晶体关键元件,开展了晶体的先进加工技术的研究。根据LBO及YCOB晶体材料的加工特性,选取了定向切割、研磨、预抛光、磁流变抛光、合成盘抛光和机械化学抛光的总体技术路线。对不同种类晶体加工设计了不同的工艺路线,开展了相关加工工艺研究。其中LBO晶体的面形收敛工艺主要采用磁流变抛光,YCOB晶体的面形工艺主要采用合成盘抛光。通过组合加工工艺,获得了高质量的晶体加工指标,LBO晶体透射波前0.12λ(λ=632.8nm),粗糙度0.77nm;YCOB晶体面形0.11λ,粗糙度0.68nm。确定了晶体元件的整体加工技术路线,并对整个工艺流程开展了工艺实验研究,取得了较好的实验效果,实现了激光晶体的高质量加工指标。     

一轴晶棒状晶体的快速定向法

一、前 言 目前,无表面方位特征的棒状晶体的定向都是采用经典的方法──劳厄定向法. 作者在对下降法自发生长的淡红银矿、硫镓银、硒镓银等棒状晶体的定向过程中,发现这些晶棒的侧表面均有某个部位的似平面法线为〈h00〉或〈hh0〉方向.也就是说,虽然生长轴与光轴夹角大小不等,     

棒状晶体位向差的快速测定

一、前 言 前人利用X射线,从衍射强度或位向差入手,来测定晶体的各种缺陷已有许多方法[1]. 对于棒状晶体测定其位向差,除了有人利用劳厄法分析计算外,通常是将晶棒垂直棒轴平行切割成若干块,再对每块晶体单独进行测定,相互比较,计算位向差.这样,由于切割本身存在方向偏差,因此误差很大,而且损失晶体.为了对已加工好的成品晶棒轴向差及径向差进行测定,我们对火焰法、提拉法、坩埚下降法及水热法生长的六种晶体的轴、径向差,利用X射线定向仪在不损坏样品的前提下,进行快速测定的摸索,取得了较好的效果. 二、方 法 根据文献[2]所提供的定向方…     

自组装单层调控DL-天冬氨酸化合物晶体的晶型

降温时,外消旋的溶液中结晶析出DL天冬氨酸化合物晶体A。在L-半胱氨酸自组装单层(SAMs)模板诱导下,则可以获得DL-天冬氨酸化合物晶体B。在SAMs诱导作用下,不仅晶体的晶型发生了改变,晶体的形貌也从原来A型晶体的双锥柱状变成B型晶体的扁平双锥体。通过模拟L-半胱氨酸分子与DL-天冬氨酸晶面的相互作用,发现DL-天冬氨酸(001)面和(011)面与L-半胱氨酸分子的吸附能增加,降低了这两个面的聚集速度,从而提高其在晶体形貌中所占的比例。晶体晶型的改变也是因为在SAMs的作用下使沿着a轴方向的C_3-H_4键缩短造成晶胞参数a的减小导致晶型的改变。     

晶体加工讲座 第二讲 晶体的切割和研磨

<正> 晶体和玻璃虽然在本质上是不同的,但它们的加工工艺却有许多相似之处,比方它们都要进行切割、研磨和抛光等,只是晶体的加工工序要多一些,加工周期要长一点。晶体材料质量的判断是晶体加工前一项重要的工作。本讲拟从这个问题入手,进而扼要介绍晶体切割和研磨的一般方法。一、晶体质量的粗略判断大家知道,光学玻璃已有国标(GB903-     

KDP晶体飞切加工表面缺陷的抑制方法

研究了磷酸二氢钾(KDP)晶体表面典型缺陷的形成原因及抑制方法。通过飞切加工及表面染色切削实验证明了成因分析结果的正确性,进一步明确了KDP晶体表面缺陷的形成过程。建立了适用于描述KDP晶体表面缺陷形成过程的理论模型,提出了获得无缺陷晶体表面的工艺条件。对飞切加工参数及刀具结构进行了优化,实验验证了缺陷抑制措施的有效性。研究结果表明,在飞切条件下,KDP晶体(001)晶面的脆塑转变(BDT)深度变化范围为125～268 nm,当沿45°方向切削时BDT深度最大,此时只要保证进给速率小于36.6μm/r即可避免在晶体表面形成凹坑。通过优化刀具结构,可消除晶体表面的凸起缺陷,有效抑制KDP晶体的表面缺陷,最终获得了粗糙度小于2 nm的光滑KDP晶体表面。     

基于光子晶体波导定向耦合的光子晶体分/合频器

在完整二维光子晶体中引入线缺陷后,就形成了光子晶体波导。将时域有限差分法(FDTD)和平面波法作为光子晶体理论研究的工具。研究结果表明,光子晶体波导之间的耦合遵循普通介质波导耦合的一般规律,有定向耦合的功能;将两个具有不同耦合长度的光子晶体波导定向耦合器顺序集成在一起,可以组成一个三波长的光子晶体分/合频器。     

晶体取向对定向凝固平界面失稳行为的影响

采用丁二腈-丙酮透明模型合金研究了不同晶体取向的晶粒在定向凝固条件下的平界面失稳过程.实验选择了三个界面失稳后具有不同生长形态的典型晶粒作为研究对象, 分别为择优生长枝晶、倾斜枝晶和海藻晶.结果表明可发展为择优生长枝晶的晶粒的平界面失稳孕育时间和初始扰动波长最小,海藻晶次之, 倾斜枝晶最大,这与以往的解析结果和相场模拟结果一致. 同时,实验观察发现可发展为择优生长枝晶和倾斜枝晶的晶粒的界面非稳态演化过程与海藻晶显著不同,这表明平界面失稳的非稳态演化过程与晶体取向相关.     

碲镉汞晶体中缺陷的晶格像

用高分辨电子显微镜观察了碲镉汞晶体中的缺陷。直接观察到晶体中存在的两类60°位错。在孪晶边界上,观察到孪晶位错。指出,孪晶位错是再结晶过程中,孪晶界面迁移的激活台阶。 关键词：     

用改进嵌入原子法计算Cu晶体的表面能

用改进嵌入原子法(MEAM)计算了Cu晶体12个晶面的表面能.结果表明，密排面(111)的表面能最小.其他晶面的表面能随其晶面与(111)晶面夹角的增加而增加，据此可以粗略地估计各晶面表面能的相对大小.给出的几何结构因子的确定方法及结果可以直接用于计算其他面心立方晶体的表面能及其他特性.在Cu,Ag等面心立方薄膜中出现(111)择优取向或织构的机理是表面能的最小化. 关键词： 改进嵌入原子法 铜 表面能 计算     

晶体线坐标网

在许多晶体学工作中,为了确定晶面指数和晶体取向,广泛地采用各种角坐标网,如鸟氏网、格氏网、梁氏网等[1].但是,用角坐标网来确定晶面捐数是一种间接的方法,且比较费事.本文在心射投影的基础上提出了一个新的概念──晶体线坐标网.它是一种直接给出任意晶面极点或劳厄斑点的密勒指数的线网. 一、原 理 根据心射投影的定义和倒易点阵的基本性质,某晶面极点的心射投影在倒易点阵中的坐标(倒易坐标)决定该晶面的密勒指数.为了确定心射投影点的倒易坐标,只要过该点作三个平行于倒易坐标面的平面,则此三平面在倒易坐标轴上的截距就给出了该点的…     

晶体光学零件的光胶工艺研究

以一直径为Φ20mm、平行度为10″的晶体锗窗口零件为例,介绍了晶体窗口零件加工中的关键技术。由于该零件直径小,平行差精度要求特别高,且为单晶锗材料,因此要高质高效地加工出符合技术指标的零件有相当的难度。在研究中摒弃了人们常说的晶体零件无法进行光胶的思想,大胆尝试“光胶”的方法,并结合工艺研究中经常出现的问题,有针对性地提出一套加工高精度晶体零件的控制措施。通过该措施的实施,能够很好地加工出高质高效的晶体窗口零件。实践证明：该方法适于批量加工;合格率高;能够满足设计的高精度需求。     

晶体几何系列之三 准晶是高维晶体投影的证明

晶体中原子的排列具有平移对称性,平移对称性限制了晶体只有n=1,2,3,4,6次转动对称。发现有8-次,10-次,12-次转动对称的准晶。准晶结构是高维晶体结构的投影。晶体和准晶的定义统一于点状衍射花样。     

KTiOPO_4晶体理论习性

为了解决复杂结构离子晶体接触能E_(att)计算上的困难,本文给出了按PBC(periodic bondchain)理论导出的公式,并将其编成计算机程序。应用PBC理论,从KTiOPO_4晶体结构,对其界面进行分类表明,{100},{011}为F单形;{210},{101}和{010}为较重要的S单形;而{001}单形的晶面,属K面。根据以上公式及程序对各单形E_(att)进行了计算,得出了各晶面的相对重要性,其结果与观测结果符合得很好。 文中提出的公式及程序,能直接用于计算属于立方、四方、正交晶系的离子晶体E_(att)。     

激光等离子体球面晶体光谱成像

 利用自聚焦原理,研制了一种新型的球面弯晶谱仪。晶体分析器采用云母材料,其弯曲半径为380 mm,布拉格角为51°。利用成像板接收光谱信号,其有效面积为30 mm×80 mm,从等离子体源经晶体到成像板的光程长为980 mm。物理实验在中国工程物理研究院激光聚变研究中心20 J激光装置上进行,入射激光能量为6.78 J,成像板获得了铝激光等离子体X射线的光谱空间分辨信号。球面云母弯晶谱仪的光谱分辨率达到1 000～1 500,在相同环境放置的PET平晶的光谱分辨率为50～100。结果表明：球面弯晶具有较高的光谱分辨率和信噪比,适合于激光等离子体X射线的光谱学研究。     

理想的胰岛素晶体

在自然界或实验室内 ,“理想化”总是一个难以实现的概念 .但最近美国休斯顿大学的P .Vekilov教授及其同事们发现 ,他们常常可以将胰岛素晶体生长成理想的晶体形式 .他们让胰岛素蛋白质在一个已有的胰岛素晶体的螺旋位错缺陷处进行生长 ,蛋白质将绕着这个缺陷发生晶化并形成一个理想晶状胰岛素 .这是因为螺旋位错常常使晶层间产生一个微小的角度偏差 .对于大多数的晶体来说 ,晶层间的相互作用能促进晶体生长时界面间的配置 ,并导致晶层阶跃发生束缚和形成一个有条纹的晶体 .除此之外 ,在溶液中输入被溶解物质也能引起晶层阶跃的约束 .胰岛…