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.     

热屏间距对泡生法蓝宝石单晶生长影响研究

太空、军事和科研等高科技领域的持续发展极大促进了对蓝宝石晶体的需求,泡生法是蓝宝石晶体的主要制造方法之一;热场结构对所得蓝宝石晶体的质量具有重要影响.本文对采用泡生法工艺制造蓝宝石单晶过程中,具有内置7层氧化锆外置8层钼金属的新型热屏结构间距进行研究.通过数值模拟考察热屏间距对单晶炉功率、固-液界面形状和晶体热应力的影响确定了合理的热场结构;并与试验生产结果进行对比验证.结果表明:热屏间距增大使得单晶炉功率明显提升,并引起固-液界面凸度增大;而蓝宝石晶体热应力出现减小.综合考察三个影响因素的影响,最后确定热屏间距为5 mm时单晶炉能耗较低,可用于制造高质量的蓝宝石晶体.     

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.     

蓝宝石单晶窗口材料空间粒子辐照效应研究

蓝宝石单晶(α-Al2O3)窗口材料服役于空间环境中将不可避免地受到各种不同射线及离子流的辐照作用,影响其使用性能.本文研究了蓝宝石单晶经不同剂量质子流、电子流以及综合流辐照后其表面粗糙度、透过率以及面形精度等光学性能和结构的变化.实验表明空间粒子辐照使蓝宝石表面粗糙度增大且具有剂量效应,其中综合流对表面粗糙度影响最大,质子次之,电子影响最小;UV-Vis-VIR及FTIR测试实验表明空间粒子辐照使蓝宝石透过率下降,在紫外波段下降最明显,且在不同波段范围内不同辐照粒子种类对蓝宝石单晶透过率的影响程度也不同;粒子辐照对面形精度的影响不明显.     

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.     

衬底对单层二硫化钼光学性质的影响

为了实现二硫化钼器件化应用,通过机械剥离和PMMA纳米转移相结合的方法,研究二氧化硅、氮化硅和蓝宝石衬底对单层二硫化钼拉曼光谱以及光致发光光谱的影响.实验结果表明,单层二硫化钼在二氧化硅、氮化硅及蓝宝石衬底间转移会释放应力.氮化硅和蓝宝石衬底对单层二硫化钼引入p型掺杂,导致转移后拉曼光谱中的403 cm-1处A1g峰发生0.48 cm-1和1.20 cm-1的蓝移,光致发光光谱中的位于662 nm处的I峰有5.44 nm和12.73 nm的红移.本工作对单层二硫化钼的应用具有重要意义.     

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;.     

泡生法蓝宝石单晶炉热屏对热场的影响分析

对泡生法生长蓝宝石单晶进行了数值模拟,计算分析了晶体温度场分布规律.通过改变顶部保温屏的层数、侧壁保温屏的层数、反射屏的开口半径大小,分析热场的影响,得到了各参数与温度分布及温度梯度的变化关系.模拟发现,适当减少顶部保温屏层数,增大反射屏开口,可以增加晶体径向温度梯度;适当增加顶部保温屏层数,增大反射屏开口,可减小晶体轴向温度梯度.而侧壁屏层数几乎无影响.最后将分析结果与实验相结合,进行实验验证,成功获得了质量较好的蓝宝石单晶.     

泡生法蓝宝石单晶不同生长阶段的数值模拟研究

针对泡生法蓝宝石单晶生长的不同生长阶段的温场、流场和固液界面形状进行数值模拟研究.并分析了加热器相对坩埚的轴向位置和不同生长速率对蓝宝石单晶生长的影响.结果表明:在蓝宝石单晶生长中,在靠近坩埚壁面和固液界面的熔体内,等温线密,温度梯度较大;在靠近坩埚底部的熔体内,等温线稀疏,温度梯度较小.随着晶体高度的增加,熔体对流由放肩阶段的两个涡胞变成等径阶段的一个涡胞,熔体平均温度有小幅度下降;加热器相对坩埚的轴向位置对晶体生长炉内温场和固液界面形状影响很大,随着加热器位置上移,晶体内平均温度升高,温度梯度减小;熔体内平均温度降低,温度梯度增大.同时固液界面凸度增大.随着晶体生长速率增大,固液界面凸度增大,界面更加凸向熔体.     

掺杂对GaN晶体力学性能影响的研究

对GaN单晶力学性能的研究有助于解决其在生长、加工和器件应用中的开裂问题。本文围绕掺杂对GaN单晶力学性能的影响,通过纳米压痕法测试了不同掺杂类型(非掺、Si掺和Fe掺)GaN单晶的弹性模量和硬度,测试结果表明掺杂对GaN单晶的硬度有重要影响。Si掺、Fe掺GaN较非掺样品硬度有所提升,用重掺杂的氨热GaN单晶作为对照,也证明了这一结论。通过高分辨X射线衍射分析和原子力显微镜表征实验发现,晶体结晶质量、接触面积等因素对GaN单晶硬度的影响较小。对GaN表面纳米压痕滑移带长度和晶体晶格常数进行测试,结果表明,掺杂影响GaN单晶硬度的主要原因是缺陷对GaN位错增殖、滑移的阻碍作用和掺杂引起的GaN晶格常数的变化。