KDP晶體平動(dòng)生長(zhǎng)和冷卻過(guò)程中應(yīng)力狀態(tài)的數(shù)值模擬研究.pdf

1、KDP晶體作為一種性能優(yōu)良的無(wú)機(jī)非線(xiàn)性光學(xué)材料，能夠在溶液中生長(zhǎng)出高質(zhì)量大尺寸的單晶，是目前唯一應(yīng)用于慣性約束核聚變中的倍頻材料。由于慣性約束核聚變對(duì)KDP晶體的尺寸和光學(xué)質(zhì)量都有較高的要求，且數(shù)量需求也十分巨大，因此國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者都在研究如何快速生長(zhǎng)高質(zhì)量大尺寸的KDP晶體。在溶液中平動(dòng)生長(zhǎng)KDP晶體作為一種新的生長(zhǎng)方式，數(shù)值模擬結(jié)果顯示其能夠在快速生長(zhǎng)KDP晶體的同時(shí)提高晶體表面溶質(zhì)過(guò)飽和度的均勻性，減少包裹物的產(chǎn)生。在平動(dòng)生長(zhǎng)KD

2、P晶體和出槽冷卻降溫的過(guò)程中，晶體開(kāi)裂是影響生產(chǎn)效率的一個(gè)主要因素。為了降低晶體在平動(dòng)生長(zhǎng)和出槽冷卻過(guò)程中的開(kāi)裂幾率，本文利用有限元分析軟件ANSYS對(duì)KDP晶體平動(dòng)生長(zhǎng)和出槽過(guò)程進(jìn)行了應(yīng)力分析，探尋減小晶體內(nèi)部應(yīng)力值進(jìn)而減小晶體開(kāi)裂幾率的方法，主要內(nèi)容為：
　?、俳⒂贸妇U帶動(dòng)KDP晶體進(jìn)行三維平動(dòng)生長(zhǎng)的有限元模型并進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算，結(jié)果顯示掣晶桿的存在使晶體內(nèi)部存在明顯的應(yīng)力集中，晶體內(nèi)部的主應(yīng)力值較大。由于晶體重量由掣晶桿和浮

3、力承擔(dān)，晶體尺寸越大，掣晶桿承重越大，晶體內(nèi)的主應(yīng)力值越大。在三維平動(dòng)過(guò)程中晶體內(nèi)部的最大主應(yīng)力值周期性波動(dòng)，容易形成疲勞裂紋。通過(guò)采用圓頭掣晶桿降低應(yīng)力集中程度，增大掣晶桿直徑增加承重面積以及減小晶體平動(dòng)過(guò)程中的加速度都能夠降低晶體在生長(zhǎng)過(guò)程中的主應(yīng)力和開(kāi)裂幾率。
　?、诮⑹褂猛斜P(pán)和平板驅(qū)動(dòng)KDP晶體進(jìn)行二維平動(dòng)生長(zhǎng)的有限元模型，并對(duì)其進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算，結(jié)果表明不使用掣晶桿能夠消除晶體內(nèi)部的應(yīng)力集中因素，大幅度降低晶體內(nèi)部的主應(yīng)力

4、值。尤其是利用托盤(pán)進(jìn)行二維平動(dòng)生長(zhǎng)時(shí)，晶體內(nèi)部受拉區(qū)域很小，主應(yīng)力值也較小，在生長(zhǎng)過(guò)程中可以不考慮晶體在生長(zhǎng)過(guò)程中的開(kāi)裂問(wèn)題。
　?、劢⒍S平動(dòng)生長(zhǎng)KDP晶體出槽冷卻過(guò)程的有限元模型并對(duì)其進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算，結(jié)果顯示KDP晶體出槽冷卻降溫過(guò)程中晶體內(nèi)部的最大主應(yīng)力值隨時(shí)間先增大后減小，在不考慮缺陷等因素影響的前提下，晶體外部受拉應(yīng)力作用內(nèi)部受壓應(yīng)力作用，兩者的分界點(diǎn)不隨時(shí)間變化，晶體內(nèi)外側(cè)壓應(yīng)力和拉應(yīng)力的大小同步增大或減小。溫度分布不