焰熔法生长金红石单晶体生长室内温度分布的数值模拟

以氢气和氧气的燃烧为基础,研究了焰熔法生长金红石单晶体过程中生长室内的温度分布特征,分析了H_2和O_2流量对温度分布的影响。结果表明:中心轴向温度随喷嘴距离的增加而升高,在距喷嘴92 mm处达到最高温度3290.3 K后开始下降;晶体熔帽径向温度随直径的增加逐渐减小,熔帽边缘温度则急剧升高;随着H_2流量增加,生长室内中心轴向和径向温度逐渐增大,H_2流量增加2 L/min,中心最高温度平均升高130℃,最高温度的位置向下移3.1mm,晶体熔帽表面温度平均升高70℃;增加内O_2和外O_2流量均导致生长室内中心轴向和径向温度降低,而使晶体熔帽上的压力升高,外O_2对温度的影响较大,而内O_2对晶体熔帽压力的影响较大。

用于焰熔法金红石单晶体生长的微米级TiO_2粉体制备与表征

以提纯后的TiCl_4为原料,氨水作为形核剂,PEG400为分散剂,制备出高纯TiO_2粉体。采用ICP、XRD、SEM等手段对所得样品进行分析。结果表明,TiCl_4溶液经60℃水浴2h后加入含15mL PEG400的氨水溶液,在900℃下煅烧3h,可以制备出晶型为单一金红石相,平均粒度为70μm,形貌为近球形,流动性良好的高纯TiO2粉体。

数控焰熔法生长金红石单晶体的气体参数优化试验研究

使用数控焰熔法晶体生长炉和三管燃烧器进行了金红石单晶体的生长工艺实验研究。研究表明,在3个气体参数中,内氧是基础。当内氧流量小于特征值Oin(min)=6.6 L/min或大于特征值Oin(max)=7.1 L/min时,晶体生长或易于发生熔体流淌,或不易扩肩,生长过程被迫中止,晶体很难生长成为大尺寸晶体;当内氧流量大于6.6 L/min而小于7.1 L/min时,生长过程稳定,能够生长成为大尺寸晶体。当内氧流量为7 L/min时生长出了直径30 mm、长度45 mm的金红石单晶体。通过能谱仪、X射线衍射仪(XRD)和拉曼光谱仪对晶体的组成、结构和键的结构进行表征,表明该晶体为典型的金红石单晶体,生长方向是[110]。

生长气氛和速度在金红石(TiO_2)单晶体生长中的作用研究(英文)

本文研究了生长气氛和生长速度在焰熔法金红石单晶体生长中的作用 ,对比了晶体在空气中与在氧气中退火的结果 ,测定了晶体试样的摇摆曲线和透过率。研究表明 :金红石单晶体的生长受炉膛气氛、生长界面温度和生长速度的影响 ;炉膛气氛决定晶体能否形成 ,是关键因素 ;炉膛气氛中的氧分压大于液固界面 (即生长界面 )处熔体的氧离解压是生长完整晶体的前提条件 ;晶体在退火过程中消除热应力 ,但更重要的是通过氧化反应消除氧空位 ,在氧气氛中退火 ,可明显缩短退火时间。在所优化的实验条件下制备的晶体 ,完整性较好 ,透过率为 70～ 72 % ,与商用晶体的透过率基本一致。

添质铝金红石(TiO_2)单晶体焰熔法生长实验及机理

使用添加适量(原子分数为0 4%)Al2O3的金红石粉料,采用焰熔法成功地生长了尺寸为20mm×30mm的透明金红石单晶体,而采用相同工艺使用纯金红石粉料生长的晶体却是蓝黑色不透明的·添质铝在晶体生长过程中有如下作用:Al3+在晶体中取代Ti4+的位置,减少了氧的配位数,因而减少了晶体形成时对氧的需求,从而减少了由于Ti4+还原而形成的Ti3+和非本征氧空位的数量;由于Al3+半径小于Ti4+,因此增加了正离子间距,使氧离子更易于迁移;形成添质后晶体的本征(固有)缺陷对Al′Ti V¨O,提供氧离子扩散通路·因此适量Al2O3的添加从宏观上增加了氧离子在晶体中的扩散速度,避免了大量色心的形成,从而在生长过程中可直接获得透明的金红石单晶体·

生长工艺对生长室内温度分布影响的数值模拟

为给实验研究晶体生长工艺提供必要的理论指导,以氢气和氧气的燃烧为基础,研究了焰熔法生长金红石单晶体过程中生长室内的温度分布特征,分析了H_2和O_2流量、喷嘴尺寸对温度分布的影响.研究表明:适合金红石单晶体生长的最佳燃烧器为内O_2、中H_2和外O_2的三管结构;随着H_2流量增加,生长室轴心线上和径向温度逐渐增大,H_2流量增加2 L/min,中心最高温度平均升高160℃,位置向下移动约2.5 mm;随着内、外O_2流量增加,生长室轴心线上和径向温度逐渐降低,与内O_2的影响相比,外O_2对中心温度影响较小,而对径向温度的影响较大;随着内O_2喷嘴孔径的增加,生长室轴心线上最高温度逐渐增大,而位置逐渐向喷嘴方向移动,而外O_2和H_2喷嘴孔径对轴心线上最高温度的影响非常小.