熱交換法摻鈦藍(lán)寶石晶體生長(zhǎng)過(guò)程中內(nèi)輻射傳熱對(duì)晶體熱應(yīng)力的影響

編號(hào)：FTJS106687

篇名：熱交換法摻鈦藍(lán)寶石晶體生長(zhǎng)過(guò)程中內(nèi)輻射傳熱對(duì)晶體熱應(yīng)力的影響

作者：于行 趙琪 齊小方 馬文成 徐永寬 胡章貴

關(guān)鍵詞： 摻鈦藍(lán)寶石 內(nèi)輻射傳熱 熱應(yīng)力 數(shù)值模擬 熱交換法 激光晶體

機(jī)構(gòu)： 天津理工大學(xué)理學(xué)院 天津理工大學(xué)功能晶體研究院

摘要： 摻鈦藍(lán)寶石晶體(Ti∶Al2O3,簡(jiǎn)稱(chēng)鈦寶石)是實(shí)現(xiàn)飛秒超短脈沖激光和拍瓦級(jí)超強(qiáng)超短激光器的核心材料。采用熱交換法(HEM)生長(zhǎng)大尺寸優(yōu)質(zhì)鈦寶石激光晶體時(shí),內(nèi)輻射傳熱對(duì)晶體生長(zhǎng)過(guò)程中的熱量輸運(yùn)、溫度及熱應(yīng)力分布具有顯著影響,最終影響晶體質(zhì)量。因此,本文采用有限體積法求解熱交換法鈦寶石晶體生長(zhǎng)過(guò)程中晶體和熔體的內(nèi)輻射傳熱,采用基于位移的熱彈性應(yīng)力模型求解晶體熱應(yīng)力,詳細(xì)研究了內(nèi)輻射傳熱對(duì)晶體溫度及熱應(yīng)力分布的影響規(guī)律。數(shù)值模擬結(jié)果表明,內(nèi)輻射傳熱顯著強(qiáng)化晶體、熔體內(nèi)的熱量輸運(yùn),導(dǎo)致晶體底部等溫線密集分布,溫度梯度和熱應(yīng)力顯著升高。此外,隨著晶體吸收系數(shù)(摻雜濃度)增大,晶體底部熱應(yīng)力呈現(xiàn)先升高后降低的非單調(diào)性變化規(guī)律。隨著熔體吸收系數(shù)增大,晶體底部溫度梯度和熱應(yīng)力略微降低。而隨著晶體散射系數(shù)增大,晶體底部溫度梯度和熱應(yīng)力逐漸降低,當(dāng)晶體散射系數(shù)大于晶體吸收系數(shù)時(shí),降低趨勢(shì)變得顯著。