快速生长大尺寸KDP单晶

用传统降温法生长了大尺寸KDP单晶，生长速度一般在1～2mm／d，周期长，风险大。本文采用“点籽晶”快速生长法多次成功生长出了200mm级的大尺寸KDP单晶，晶体生长速度达到20mm／d，晶体生长正常。同时，摇摆曲线表明快速生长的晶体有着很好的结构完整性。

“点籽晶”法快速生长中等口径KDP单晶及其性能表征

本文使用德国MERCK公司生产的KDP原料和自行研制的晶体快速生长装置,采用"点籽晶"快速生长法成功生长出了150mm级中等口径的KDP单晶,晶体生长速度达到20mm/d。晶体生长过程中,生长溶液稳定,没有杂晶出现,生长的晶体完好且透明。X射线粉末衍射和摇摆曲线分析表明晶体有着较好的结构完整性;同时,测试了晶体的透过光谱和光损伤阈值,发现快速生长的晶体有着较好的光学性能。

转晶法KDP单晶生长晶面溶质浓度场模拟

针对转晶法生长KDP单晶过程,进行了流动与物质输运数值模拟,以获得生长过程中晶面溶质浓度(过饱和度)的变化规律。文中展示了晶体表面浓度分布随时间的变化过程;分析了不同转速和晶体尺寸,对晶面时均浓度场的影响。结果表明,转速越快,晶体表面过饱和度越高;晶体尺寸对其表面过饱和度的大小和分布也有较大影响。此外,由于空间上不对称,Z向和Y向晶面过饱和度分布有较大差异。在晶体处于静止或低转速,自然对流可能会对晶体表面的过饱和度分布产生影响。

不同运动方式KDP单晶生长流动与物质输运数值分析

针对两种不同运动方式下的KDP单晶生长,进行了流动与物质输运模拟。分析和比较了不同运动方式下,晶面附近溶液流动及晶面过饱和度分布特征。研究了晶体尺寸对晶面过饱和度场的影响。结果表明:二维运动法中,晶面遭受的水动力学条件较为复杂,使得其过饱和度分布不如转晶法规则;二维运动法锥面过饱和度明显高于转晶法;单位周期内,转晶法晶面平均过饱和度存在较大波动,而二维运动法过饱和度随时间变化较小;总体上看,小尺寸晶体时,二维运动法晶面过饱和度梯度小于转晶法;大尺寸晶体时,二维运动法晶面过饱和度梯度大于转晶法。

二维平移法小尺寸KDP单晶生长溶液流动与传质模拟

二维平移法是一种新型的晶体生长方法。在该方法中,晶体不再作正反转运动,而是沿着特定轨迹作周期性的平移运动。本工作对二维平移法小尺寸磷酸二氢钾(KDP)单晶生长过程进行了数值模拟研究,获得了不同平移速度、不同平移距离以及不同迎流角度下晶体附近溶液流动与晶面过饱和度分布。结果表明:增加平移速度,晶面过饱和度随之增加,但流场结构并无明显变化;增大平移距离,晶面的过饱和度反而降低,标准差则有逐渐增大的趋势,这不利于提高过饱和度均匀性;不同迎流角度下,柱面的过饱和度分布差异较大,对流的不对称性也更加明显,当迎流角度为45°时,对晶体生长更有利。此外,台阶推移结果表明,不均匀的过饱和度会造成台阶弯曲和聚并,二维平移法更利于台阶稳定推移,有望提高形貌稳定性和晶体质量。

磷酸二氢钾单晶体纳米压痕的力学行为

磷酸二氢钾(KH2PO4,KDP)单晶体的纳米力学特性是研究其超精密加工重要依据之一。试验针对(001)晶面和三倍频晶面采用带有针尖半径为50nm的Berkovich压头的纳米压痕仪对KDP晶体进行力学特性分析,结果表明,两个晶面的纳米硬度H和弹性模量E都表现出强烈的载荷依赖效应。应用Meyer定律和修正比例样件阻尼(Modified proportional specimen resistance,MPSR)模型揭示和说明KDP晶体纳米压痕尺寸效应现象是一种载荷和压痕深度非线性比例阻尼的结果;对加工样件的Raman光谱分析结果表明,加工表面残余应力是影响压痕尺寸效应的非线性程度的重要因素。对材料加载位移曲线的进一步观测发现存在加载突进现象,该现象和材料的弹塑性转变密切相关。

磷酸二氢钾晶体单点划痕试验研究

使用单颗粒划痕试验来研究磷酸二氢钾(Potassium dihydrogen phosphate,KDP)晶体摩擦磨损特性,同时采用高频记录仪对划痕过程中晶体的力学行为数据进行采集。利用光学显微镜和扫描电子显微镜观察划痕的表面形貌并分析其去除机理。比较不同划痕方向的摩擦因数μ,结果表明μ是随着划痕位移s的增加而增加。当s<3mm时,μ的增加比较平缓,此时晶体以塑性去除为主;当s>3mm时,μ发生剧烈的振荡,此时晶体以脆性去除为主。不同划痕方向产生的沟槽侧向裂纹密度随着法向加载的增大而变得密集,最后出现破碎和崩裂,但是侧向裂纹扩展方向与划痕方向所成角度有所差异,这是KDP晶体复杂的滑移系造成的。为了观测划痕产生的亚表面损伤,试验使用截面抛光法和择优腐蚀法,并测定损伤层深度。结果表明,沿[100]晶向的划痕损伤深度最大,且基本上无波动;对于沿[110]和[120]的亚表面划痕损伤深度有很大的波动现象,但在初始划痕阶段沿[120]的划痕损伤深度相对较小。