Ky_Chinese利用CGS软件包生长蓝宝石晶体工艺数据知识.pdf
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2022-02-12
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http://www.str-soft.com/products/CGSim/Kyropoulos_Sapphire/
利用 CGSim对泡生法蓝宝石晶体生长工
艺的数值模拟分析和优化
以下展示的是使用 CGSim软件对泡生法生长无色蓝宝石晶体的
数值模拟结果。其中采用的独特的计算方法包括：在结晶区的
计算涉及到蓝宝石熔体的湍流、气体的层流、在半透明晶体的
辐射换热，包括边界上的镜面反射、内部吸收和散射。
数值模拟对于分析和优化晶体生长系统极为有效，因为它为我
们提供了通过观察或测量难以得到的信息，例如熔体内和生长
中的晶体内的温度分布。尝试采用一种简化的模型，无视晶体
的半透明性和熔体的流动，将给出不切实际的结晶前沿形状和
晶体 /熔体界面温度梯度。在考虑蓝宝石的半透明性时，我们使
用文献 [2] 提出的离散传递法，解决在镜面菲涅尔边界的复杂区
域轴对称区域的辐射传输问题。
热交换法
泡生炉的整体传热受到
钼隔热层的数量和几何
参数的强烈影响。热屏
和其他绝缘块被固定在
炉 体 侧 壁 上 方 和 底 部
（见图 1）。热屏设计的
目标是建立一个围绕坩
埚和生长晶体的最佳温
度分布热区。坩埚中的
温度分布将决定熔体的
流动结构并影响结晶前
沿形状，晶体周围部件
的温度也将影响结晶前
沿形状和晶体的热应力。
图1 泡生炉的整体热场
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