热交换坩埚下降法制备大尺寸氟化铈晶体的热场设计与优化

作     者：穆宏赫 王鹏飞 施宇峰 张中晗 武安华 苏良碧 MU Honghe;WANG Pengfei;SHI Yufeng;ZHANG Zhonghan;WU Anhua;SU Liangbi

作者机构：中国科学院上海硅酸盐研究所透明光功能无机材料重点实验室上海201899 中国科学院大学材料科学与光电工程中心北京100049 

出 版 物：《无机材料学报》 (Journal of Inorganic Materials)

年 卷 期：2023年第38卷第3期

页      面：288-295页

核心收录：

学科分类：08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 0802[工学-机械工程] 0703[理学-化学] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家重点研发计划(2021YFB3602503) 上海市科学技术委员会项目(2051107400,20520750200) 中国科学院稳定支持基础研究领域青年团队计划(YSBR-024) 中国科学院一带一路国际合作项目(121631KYSB20200039) 中国电子科技集团第九研究所对外开放项目(2022SK-013) 

主　　题：CeF_(3)晶体 热交换坩埚下降法 数值模拟 固液界面 热场优化 

摘      要：随着CeF_(3)晶体在激光和磁光领域应用的持续发展,大尺寸、高光学质量的CeF_(3)单晶的需求日益急迫,而CeF_(3)熔体的高黏度和低热导率的特性给晶体生长工艺带来了较大挑战。为研究CeF_(3)熔体低导热性引发的生长问题,探究其生长过程中炉体结构和工艺参数对温度分布和结晶界面的影响机制,本工作对热交换坩埚下降法(Heat Exchanger-Bridgman method,HEB)生长大尺寸(ϕ80 mm)CeF_(3)晶体中炉体结构与晶体/熔体温度分布关系、不同生长阶段界面的变化规律以及热场结构对生长界面的作用机制开展了数值模拟研究。研究结果表明:当发热体长度与坩埚长度相适应时,更有利于构建合理的温度梯度场,而放肩和等径生长阶段的凹界面问题则可以通过改变隔板形状和加反射屏调节坩埚壁温度分布得到有效解决。本研究成果不仅可以加深对CeF_(3)晶体结晶习性的理解,炉体结构和生长界面的优化思路对坩埚下降法制备其他晶体同样有实际指导意义。