大尺寸氧化铝单晶的光谱和色心研究

采用冷心放肩微量提拉法（SAPMAC）生长了目前国内最大的氧化铝单晶体（￠ 225mm×205mm，重27．5kg）。测试了大晶坯不同部位样品的真空紫外吸收光谱（140nm～380nm）及荧光光谱。结果表明，晶体各部位样品都存在波长为163nm，178nm及230nm左右的吸收峰位；而且边缘部位样品的吸收系数更大。荧光光谱图上主要存在320nm左右的紫外荧光带和420nm附近的蓝色荧光带。进一步的研究证实了吸收色心起源于氧空位与Ti^4＋复合存在以及Mn针、Cr^3＋等杂质离子的电荷转移过程。计算了不同类型的色心浓度。最后提出了减小色心浓度、提高晶体光学性能的一些工艺措施。     

蓝宝石热物性能对SAPMAC法晶体生长影响的模拟分析

利用数值模拟计算方法对材料热物性能对晶体生长的影响进行了计算分析，计算表明：晶体与熔体具有相同的热导率时，较小的热导率能够有效降低晶体内温度梯度和界面凸出率；晶体热导率各向异性时，较大的径向热导率，较小的轴向热导率更有利于保持微凸的生长界面；热熔、潜热对温场几乎没有影响。选a轴为结晶取向，成功生长出了直径达230mm、高质量蓝宝石晶体。     

环境参数对GOI法蓝宝石晶体生长影响分析

利用数值模拟分析的方法,对GOI法(又称泡生法)蓝宝石晶体生长过程进行模拟,分析了系统的环境参数变化对晶体生长的固液界面凸出率和晶体内温度分布、温度梯度的影响．结果表明：热交换器的热对流系数和工作流体的温度变化对晶体生长的固液界面凸出率和温度梯度具有相同的影响效果；在晶体长到一定尺寸后,只靠加大热交换器的取热能力,不足使晶体继续生长．通过降低系统的加热能力,减少传入坩埚内的热量,可使晶体继续长大．加热系统的环境温度和组合热对流系数对晶体生长具有相似的影响趋势,但影响效果却不同,环境温度越高时,固液界面凸出率越小．     

蓝宝石单晶生长过程中应力分布的数值模拟

晶体生长过程中所产生的残余热弹性应力是影响晶体质量的重要因素之一.用Ansys软件为平台,以改进的Kyropoulos法制备Φ230x200mm大尺寸蓝宝石单晶为例,对所生长单晶体的热应力分布进行了数值模拟.建立了不同外形(放肩角)条件下晶体生长过程中热弹性应力的分布模型.讨论了不同放肩角对晶体热应力的影响.结果表明,通过改变晶体的外形可以改善热应力的分布,从而在晶体中获得更多的低应力区域.模拟结果和试验结果吻合较好.     

Mechanical properties of 3D carbon/carbon composites by nanoindentation technique

Nanoindentation tests were conducted to investigate the near-surface mechanical properties of the individual components (fiber and matrix) for three-dimensional reinforced carbon/carbon composites (3D C/C). Optical microscope and polarizing light microscope were used to characterize the microstructure of 3D C/C. The microscopy results show that large number of pores and cracks exist at both bundle/matrix interface and pitch carbon matrix. These defects have important effect on the mechanical behavior of 3D C/C. The in situ properties for components of 3D C/C were acquired by nanoindentation technique. Relative to the matrix sample, the fiber samples have more larger values for modulus, stiffness and hardness. However, there is no significant difference of modulus and stiffness among fiber samples with different directions.