转速对KDP晶体成帽影响的数值模拟研究

本研究选择有限容积法, 采用Fluent软件对KH₂PO₄(KDP)晶体在不同转速下成帽过程的温度场及速度场分布进行了数值模拟。晶体转速较低(9 r/min)时, 晶体附近温度分布比较均匀, 相应的晶体只出现一个帽区, 但温度较高, 成帽较慢; 晶体转速较高(55和77 r/min)时, 温度分布也比较均匀, 所以晶体也只有一个帽区, 此时温度较低, 成帽较快; 晶体转速介于两者之间时, 温度分布出现扰动, 晶体成帽同时出现两个或多个帽区, 成帽速度介于两者之间。在所模拟晶体转速范围内, 较高转速77 r/min是晶体帽区恢复的最优转速。     

快速生长KDP晶体的显微硬度测试研究

对快速生长KDP晶体（001）、（101）、（100）面分别进行压痕法显微硬度测试,实验表明KDP晶体的显微硬度具有明显的各向异性,（001）、（101）、（100）面的显微硬度分别为187、156.7、151.3kg/mm2;晶体各晶面的显微硬度呈现出显著的压痕尺寸效应,即硬度随载荷的增大而减小。实验发现,当载荷较小,在5～25g时,压痕区没有出现明显的裂纹;随着载荷的增大,在25～200g时,裂纹以辐射状扩展,压痕边缘处形成崩碎状脆裂。确定以25g作为KDP晶体显微硬度测试的最佳载荷,此载荷下所测得的硬度为其显微硬度。     

大尺寸KDP晶体出槽力学效应数值模拟分析研究

大尺寸KDP（磷酸二氢钾,KH2PO4）晶体在出槽的过程中经常发生开裂现象,造成了较大的经济损失。为了研究大尺寸KDP晶体出槽过程中开裂机制并提出相应的防裂措施,采用有限元方法模拟了大尺寸KDP晶体的出槽过程,计算得到了KDP晶体出槽过程中晶体应力场的变化规律,结果显示降温冷却使晶体内部最大应力增大了100倍以上,而力学边界的变化使晶体最大应力增大的幅度较小,数据表明温度降低造成的应力集中是引起晶体开裂的主要原因。该结论的发现为提出相应的晶体防裂措施提供了重要的理论基础。     

快速生长KDP晶体中的包裹体

利用底部热能输入晶体生长装置进行了KDP晶体快速生长,晶体生长速度达25mm/d.利用激光透射成像法、断面显微观察、SEM及电子能谱对快速生长晶体中的各种包裹体进行了观察,分别观察到了平行于生长面的层状包裹及其分布、线形排列的液相包裹以及微观包裹体的形貌、尺度和分布等,讨论了快速生长KDP晶体中包裹体出现的条件,分析了这些包裹体形成的原因.     

DCTA对KDP晶体的快速生长与光学性能的影响

环己二胺四乙酸(DCTA)作为一种新型添加剂被加入到KDP晶体生长溶液中。采用“点籽晶”快速生长技术, 在掺杂100×10^-6 DCTA的饱和溶液中, 生长了KDP晶体, 生长速度达20 mm/d。研究了这种新型添加剂DCTA对快速生长的KDP晶体的生长习性和光学质量的影响, 并与常用添加剂EDTA的影响效果进行了对比。研究发现, 在KDP晶体生长溶液中添加100×10^-6 DCTA使生长溶液的亚稳区宽度提高了约10℃, 晶体(100)面的生长速度提高了3~10倍; 生长出的晶体在紫外波段的透过率上升了2~8倍, 晶体内部的光散射大大减轻, 激光损伤阈值也有所提高。添加剂DCTA对KDP晶体生长及性能的改善作用比同等浓度的EDTA更加显著。     

添加剂DTPA对KDP晶体快速生长及性能的影响研究

在添加1×10^-4 (mol/mol KDP) 二乙烯三胺五乙酸(DTPA)的溶液中, 利用“点籽晶”快速生长法生长了KDP晶体. 实验发现, 添加少量DTPA即可使不同饱和温度下的KDP生长溶液的亚稳区宽度均得到提高. 利用激光偏振干涉装置研究了不同浓度的DTPA对KDP晶体(100)面生长动力学的影响. 发现随DTPA掺杂量增加, 临界过饱和度(死区)一直降低, 生长速度则是先增加经过一个最大值后减小. 表征了晶体的光学透过率和晶体内部的杂质金属离子含量, 发现掺杂1×10^-4 (mol/mol) DTPA大幅提高了快速生长的KDP晶体在紫外区的透过率, 并有效地减少了进入晶体内部的杂质金属离子含量.     

六偏磷酸盐对KDP晶体快速生长及光学性能的影响研究

在掺杂不同浓度的六偏磷酸盐溶液中,利用"点籽晶"快速生长法生长了KDP晶体,生长速度约20 mm/d。研究了六偏磷酸盐对快速生长的KDP晶体的生长及光学性能的影响,并与传统慢速生长的晶体进行了对比。实验表明,溶液中掺杂少量六偏磷酸盐就会显著降低生长溶液的稳定性,抑制晶体的生长,生长的晶体容易出现包藏、添晶、粉碎性裂纹等缺陷;生长的晶体光学质量也明显下降,例如晶体内部的光散射加重,激光损伤阈值降低;相比传统生长法生长的晶体,同等浓度的六偏磷酸盐对"点籽晶"快速生长法生长的晶体影响更为严重。结合KDP的晶体结构和六偏磷酸盐的分子特点,对其影响机理进行了讨论。     

L-丙氨酸掺杂下KDP晶体成核特性及生长实验研究

通过实验测定了L-丙氨酸掺杂下KDP溶液的亚稳区和诱导期,根据经典成核理论计算了晶体成核的热力学和动力学参数,分析了L-丙氨酸对KDP溶液成核特性的影响。结果表明,随着掺入的L-丙氨酸浓度的增大,KDP的溶解度减小,亚稳区变宽,诱导期变长,溶液更加稳定。采用吊晶法进行了KDP晶体生长实验,发现其(100)面法向生长速度随掺杂浓度增大而减小,在过饱和度σ>0.04时,晶体(100)面的生长以二维成核生长机制为主。     

Cr3+掺杂对快速生长KDP晶体的生长习性和光学性能的影响

采用快速法生长了掺杂不同Cr3+浓度的KDP晶体,测试了KDP晶体(100)面在不同Cr3+掺杂浓度下的生长速度及死区,表征了Cr3+掺杂的KDP晶体的Cr3+元素分布、透过光谱、散射颗粒分布和光损伤阈值.实验表明Cr3+易吸附在晶体(100)面,从而增大了(100)生长死区,并降低了(100)面生长速度.Cr3+使快...     

KDP晶体光学均匀性检测实验研究

本文阐述了正交偏振干涉测量技术的基本原理和实验方法.Fizeau干涉仪的输出激光束经过线偏振镜后变为线偏振光,调整偏振方向让光束的偏振态分别平行于KDP晶体的o轴和e轴,得到两幅干涉图.通过这两幅干涉图的差值得到晶体的折射率分布不均匀性.该检测技术借助可改变输出激光偏振态的大口径干涉仪精确地测量晶体在切割方向上.光折射率和e光折射率的偏差.本文所采取的方法是在大口径干涉仪的小端口放入可改变偏振方向的线偏光镜.本文通过对一批330mm×330mm的大口径KDP晶体的折射率均匀性测量验证了该方法.     

不同籽晶对KDP晶体质量的影响

采用Z片籽晶和锥头籽晶分别进行传统降温法生长KDP晶体,并对其高分辨摇摆曲线、锥光干涉图以及消光比进行测试研究。实验发现,KDP晶体在不同籽晶下均能实现较好的生长稳定性,采用锥头籽晶生长的KDP晶体具有相对更好的晶体质量。     

硫酸盐掺杂对KDP晶体生长的影响

SO2-4是KDP原料中一种常见的杂质离子,通过传统降温法和“点籽晶”快速生长法研究了掺杂K2SO4的KDP晶体的生长.实验表明,硫酸根低浓度掺杂时可提高溶液的稳定性,促进晶体的生长,造成柱面扩展;高浓度时溶液稳定性遭到破坏,出现杂晶,晶体生长速度变慢,晶体出现开裂,柱面发生“楔化”.     

硫酸盐掺杂导致KDP晶体开裂的研究

采用传统降温法生长了掺杂不同浓度的SO42-离子KDP晶体,研究分析了晶体的宏观缺陷及开裂形式,从晶体生长角度初步分析了硫酸盐掺杂导致KDP晶体开裂的主要原因。实验表明,随着SO42-离子掺杂浓度的增大,KDP晶体的主要开裂形式是垂直于生长层{101}面的裂纹;晶体中裂纹存在的区域都分布有大量层层平行于生长层的母液包藏。随着SO42-离子掺杂浓度的进一步增大,晶体内包藏呈云雾状分布,裂纹不规则,晶体质量严重下降,透明度降低。     

磷酸二氢钾(KDP)晶体纳米压痕过程的有限元分析

为了求得KDP晶体的应力-应变曲线以及材料的屈服应力,基于圣维南定理和实验得到的材料性能参数建立了KDP晶体的压痕过程仿真模型,利用ABAQUS有限元分析软件对KDP晶体压痕过程进行了有限元仿真,得到了KDP晶体的载荷-位移曲线和加/卸载过程中的等效应力变化规律.仿真结果表明:加载过程中最大应力集中在压头尖角处,卸载后最大应力分布在压头棱边所留下的压痕处,KDP晶体材料的屈服应力为120MPa.     

Growth habit and transparency of sulphate doped KDP crystal

KDP crystals were grown from the aqueous solution with different concentrations of sulphate by both the traditional temperature-lowering method and the rapid growth method. Sulphate showed a great effect on the growth and the properties of KDP crystals. With the rise of the dopant concentration, many defects occur such as mother liquid inclusions, parasite crystals and cracks. When the dopant concentration of sulphate reaches a certain value, the ultraviolet transmittance of crystals decreases a lot compared with crystals at low dopant concentration.     

KDP晶体单点金刚石切削脆塑转变机理的研究

加工超光滑表面的KDP晶体是现代超精密加工技术领域的重点研究课题。实验采用维氏压痕法研究KDP晶体脆性材料(001)面不同晶向的硬度、断裂韧性的变化规律。通过建立KDP晶体脆塑转变临界切削厚度模型,研究了KDP晶体金刚石切削脆塑转变机理。结果表明,脆塑转变临界最小切削厚度出现在断裂韧性最小而硬度最大的[110]方向;脆塑转变临界切削最大厚度出现在断裂韧性最大而硬度最小的[001]方向。并利用超精密机床加工了KDP晶体,加工结果与理论推导结论相符合,在[001]方向加工出表面粗糙度为7.5nm(RMS)的超光滑表面。