弛豫鐵電單晶爐的設(shè)計(jì)與模擬.pdf

1、近年來(lái)隨著鐵電單晶在超聲醫(yī)學(xué)、傳感器、水聲換能器的廣泛應(yīng)用，生長(zhǎng)尺寸大，性能穩(wěn)定的鐵電單晶成為研究的重點(diǎn)領(lǐng)域。目前生長(zhǎng)鐵電單晶的方法主要有高溫溶液法，降溫法和布里奇曼法，其中又以布里奇曼法生長(zhǎng)出的鐵電單晶尺寸較大，性能較穩(wěn)定。但是，在鐵電單晶生長(zhǎng)過(guò)程中存在著組分偏析、熔體對(duì)流等因素以至于生長(zhǎng)出的鐵電單晶無(wú)法達(dá)到預(yù)期。因此，開(kāi)展鐵電單晶生長(zhǎng)設(shè)備溫度場(chǎng)的模擬和分析以及磁場(chǎng)對(duì)鐵電單晶生長(zhǎng)作用的影響，對(duì)生長(zhǎng)更大尺寸，更好性能的鐵電材料研究具有重

2、大的意義。
　　本文的工作分為三部分:第一是對(duì)鐵電單晶生長(zhǎng)爐爐體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，第二是基于設(shè)計(jì)的爐體結(jié)構(gòu)對(duì)爐體溫度場(chǎng)的模擬，其中溫度場(chǎng)模擬又分為橫向溫度場(chǎng)的模擬和縱向溫度場(chǎng)的模擬。第三是設(shè)計(jì)合理磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)以達(dá)到在爐體內(nèi)部引入一定強(qiáng)度的磁場(chǎng)的目的，并對(duì)引入磁場(chǎng)的強(qiáng)度進(jìn)行有限元模擬和分析。上述工作得出如下結(jié)果:設(shè)計(jì)了三段式的鐵電單晶爐。爐體高度為1082mm，爐體直徑402mm，保溫層厚度為280mm。高溫段高度為300mm，加熱組件是硅鉬

3、棒。中溫段高度為200mm，加熱組件是電阻絲。低溫段為300mm，加熱組件是電阻絲。用ANSYS有限元模擬軟件對(duì)鐵電單晶生長(zhǎng)爐的橫向溫度場(chǎng)進(jìn)行了模擬，得出溫度在徑向的分布曲線，發(fā)現(xiàn)該曲線是非線性的;有限元模擬得出在爐體外殼處的溫度為108.65℃，此溫度是后續(xù)磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及磁鐵材料選擇的主要考慮因素。用ANSYS有限元模擬軟件，在降溫法生長(zhǎng)鐵電單晶的條件下對(duì)單晶生長(zhǎng)爐縱向溫度場(chǎng)進(jìn)行了模擬，得出軸向溫度分布曲線，通過(guò)對(duì)模擬數(shù)據(jù)的提取，得出