温度对图形化蓝宝石透过率性能影响研究

蓝宝石单晶表面图形化作为一种全新的减反增透手段而受到广泛关注,然而在服役过程中其透过率将会由于温度的改变而发生变化,影响使用性能.本文通过高温红外光谱测试系统测试了图形化蓝宝石在25℃,300℃,400℃,500℃,600℃时3～6 μm波段范围内的透过率,分析了温度对图形化蓝宝石透过率性能的影响.分析表明,表面图形化使室温条件下蓝宝石透过率在一定波段范围内上升且伴随有明显的光谱红移效应;温度上升使图形化蓝宝石透过率下降且红移现象加剧,随着温度不断升高蓝宝石透过率有一定程度回升;高温条件下表面图形化对蓝宝石透过率的影响不是十分明显.     

飞秒脉冲激光对蓝宝石辐照作用的研究

本文采用脉冲宽度为120fs,波长为800nm的飞秒激光对蓝宝石样品进行辐照,经过激光辐照后材料呈暗黑色,在辐照区域的边缘发现有微裂纹,个别区域以至于微裂纹扩展成宏观裂纹.通过相关数学模型计算出激光聚焦后能量密度、蓝宝石在激光辐照瞬间的热影响范围(HAZ)及材料所达到的最高温度.发现经飞秒激光辐射引起样品的附加吸收与波长呈指数衰减关系.材料在经过飞秒激光辐射照后出现了大量的红外吸收峰,并对其产生原因进行了分析.     

单晶蓝宝石球罩的磁控研磨试验研究

开展了金刚石磁性磨料在磁场控制下研磨加工单晶蓝宝石球罩的实验,研究了研磨压力、研磨时间、乙二胺浓度等因素对单晶蓝宝石球罩材料去除率及面粗糙度的影响.实验结果表明:随着研磨压力的增大,材料去除率增加但增幅减小,面粗糙度Sa也降低,降低幅度也减小.当乙二胺浓度为3;,研磨压力为25 kPa时,材料去除率在前30 min能保持在5μm·h-1以上,但在30 min之后,材料去除率开始出现较大幅度的下降,面粗糙度Sa在前30 min较为快速地降低到110 nm左右,后30 min略有降低.     

一步法消除蓝宝石晶体材料的内部应力

温度梯度法(TGT)生长蓝宝石晶体不可避免出现应力.为提高晶体的品质和加工质量需进行释放应力去色退火处理.使用现有“两步法”退火工艺,由于其退火温度低且速度慢,需要付出较高的时间成本和退火工艺的成本.现提出了“一步法”退火工艺,即在1750～ 1800℃空气气氛中直接进行高温退火.蓝宝石晶棒经“一步法”退火处理后,其内部澄清透明,且晶片加工终检的翘曲度(warp)和弯曲度(bow)的不良率较未退火前分别降低了100;和70;.蓝宝石晶棒的高温退火处理效果明显,可在其他晶体材料中尝试推广.     

c向蓝宝石单晶纳米压痕尺度效应研究

本文以c向蓝宝石单晶为对象采用纳米压痕方法测试了不同载荷下蓝宝石单晶的硬度与杨氏模量.分析表明,当载荷P=25±2 mN时出现了第一次位移突变现象,且位移突变量与最大压入载荷无关;试样的硬度与杨氏模量值随着压入深度的增大而减小,呈现出明显的压痕尺度效应;利用Nix-Gao尺度效应模型对测试数据进行了拟合,最终得出试样的硬度值与杨氏模量为30.956 GPa与382.316 GPa,与前人分析结果符合程度较高,证明Nix-Gao模型适用于蓝宝石单晶纳米压痕测试尺度效应的模拟与分析.     

退火和电子辐照复合处理对ZnGeP2单晶性能的改进研究

采用退火和电子辐照相结合的复合工艺方法,对ZnGeP2晶体进行生长后处理.采用傅里叶红外光谱仪(FTIR)和高阻仪(HRM)等,对经不同次序的复合工艺处理前后样品的红外透过率和电阻率进行了测试.结果表明,采用先退火后电子辐照的复合处理工艺,样品的红外透过率能得到明显的提高.     

蓝宝石单晶纳米压痕蠕变性能研究

蓝宝石单晶的蠕变性能对结构失效行为有很大的影响.本文采用纳米压痕测试方法对蓝宝石单晶窗口材料的蠕变性能进行了测试与分析.分析表明,纳米压痕测试方法能够较为精确地测得蓝宝石单晶蠕变应力指数;不同的最大载荷对蓝宝石单晶的蠕变位移及蠕变应力指数没有明显的影响;蓝宝石单晶的蠕变位移及蠕变应力指数随着加载速率的减小分别减小和增大.     

研磨方式对单晶蓝宝石亚表面损伤层深度的影响

研磨过程中产生的亚表面损伤层深度是影响单晶蓝宝石抛光质量的关键因素.本文开展了游离磨料和固结磨料两种研磨方式研磨单晶蓝宝石的实验研究,采用三维形貌仪观察了加工前后的工件表面质量,运用差动腐蚀法比较了研磨方式对研磨后工件亚表面损伤层深度的影响.结果表明,金刚石磨料粒径分别为W 50和W 14的游离磨料研磨加工蓝宝石晶片的亚表面损伤层深度分别为48.85 μm和7.02 μm,而相同粒径固结磨料加工的亚表面损伤层深度分别为5.47 μm和3.25 μm.固结磨料研磨后的工件表面粗糙度也优于相同粒径的游离磨料加工的工件.固结磨料研磨方式对于蓝宝石单晶表面研磨质量的改善和亚表面损伤层深度的降低具有显著的效果.     

TSTGT蓝宝石晶体位错腐蚀形貌分析

采用化学腐蚀-金相显微镜法,利用熔融的KOH对顶部籽晶温度梯度法(TSTGT)生长的直径320 mm的蓝宝石单晶中不同部位的晶片做了位错腐蚀形貌分析.研究表明,(0001)面的位错腐蚀坑呈三角形,腐蚀晶界具有延伸性.对比不同腐蚀时间、不同腐蚀温度和不同表面粗糙度下的腐蚀效果,发现使用KOH腐蚀剂在400℃腐蚀15min时,效果最好.表面粗糙度越小,位错图像越清晰.     

固结磨料研磨蓝宝石衬底的工艺研究

为获得高材料去除率和优表面质量的蓝宝石衬底,采用固结磨料研磨蓝宝石衬底提高加工效率,研究研磨压强、工作台转速、三乙醇胺(TEA)浓度和研磨垫类型四个因素对材料去除率和表面粗糙度的影响,并综合优化获得高材料去除率和优表面质量的工艺参数.结果表明:有图案的研磨垫、研磨压强为100 kPa、工作台转速为120 r/min、三乙醇胺的浓度为5;为最优研磨工艺参数组合,固结磨料研磨蓝宝石的材料去除率为31.1 μm/min,表面粗糙度为0.309 μm.     

蓝宝石晶体的生长方向研究

本实验采用提拉法,在中频感应加热单晶炉内,进行了不同生长方向蓝宝石晶体的生长工作,分别取[11-20]和[0001]生长的晶体c面(0001)的晶片.通过应力仪、显微观测和X射线衍射等方式对晶片的位错密度等微观缺陷以及晶体结构进行了检测.实验表明:不同的生长方向生长得到的蓝宝石晶体的质量存在一定的差别,一般情况下,[11-20]方向生长的蓝宝石晶体质量优于[0001]方向生长的晶体.     

热屏结构对泡生法蓝宝石单晶炉功率影响研究

蓝宝石晶体因优异的综合性能被广泛用于航空航天等高性能要求领域.泡生法是目前生产大直径蓝宝石单晶的主要方法,热场对生产工艺、产品质量和单晶炉功率具有重要影响;并将影响生产成本.本文对氧化锆及钼金属组合式热屏中氧化锆材料内置、外置及材料不同组合方式对泡生法蓝宝石单晶炉功率的影响进行研究,得到合理的热场结构;并与实际生产结果进行验证.结果表明:相比于传统的15层钼保温结构,加入氧化锆保温层会明显降低单晶炉能耗,其中氧化锆内置的热场结构对单晶炉能耗降低影响更为明显;随着氧化锆层由0增加至15层,单晶炉能耗显著降低,相比传统15层钼保温结构,15层氧化锆保温结构炉体功率降低了38;.     

Effect of Doping and Irradiation on Optical Parameters of Triglycine Sulphate Single Crystals

Crystals of triglycine sulphate (TGS) doped with orthonitroaniline (ONA) irradiated with different doses of gamma-radiation were used to investigate gamma-radiation effect on electrical and optical parameters. The absorption coefficient and the reflectance were measured and hence the extinction coefficient, the optical refractive index and the dielectric constants (e_r′, e_r″) of unirradiated and irradiated TGS crystals were calculated. Values of the allowed indirect optical energy gap E_g^opt. of TGS doped with ONA were calculated as a function of gamma-dose. Value of E_g^opt. decreases from 4.72 eV to 4.25 eV with increasing gamma-doses from 0 up to 3 Mrad. The values of the static dielectric constant e_r(0) and the effective electrical conductivity sigma₀ at room temperature and their dependence on gamma-dose were also calculated.     

泡生法制备大尺寸蓝宝石单晶体

蓝宝石单晶作为光学材料在紫外、可见和红外波段有宽的透射带及高的透射率,与许多其它光学窗口材料相比,有更好的机械性能和物理性能,如高硬度、高拉伸强度、抗冲刷性、热导性、机械稳定性和显著的抗热冲击性能等。这些光学与机械性质的组合使蓝宝石材料被用于一系列高科技的光电应用中。刚玉单晶生长的高纯净、大尺寸化一直是科研工作者的研究方向。     

导模法生长白宝石单晶中的气孔观察

研究了导模法生长白宝石单晶过程中,单晶内气孔的产生、分布形态、密度及尺寸.结果表明:固-液界面形状和稳定性是决定气孔分布形态和密度的关键因素,而这又取决于合理的生长工艺条件,尤其是晶体生长速率和正确的模具设计.