旋轉(zhuǎn)半徑和溶液入口條件對KDP晶體生長過程影響的數(shù)值模擬研究.pdf

1、本文首先針對KDP晶體傳統(tǒng)同心旋轉(zhuǎn)的方式，對采用降溫法時不同旋轉(zhuǎn)半徑下KDP晶體的生長過程進(jìn)行數(shù)值模擬，著重分析旋轉(zhuǎn)半徑對晶體表面過飽和度大小及分布的影響，并研究其作用機理。同時通過改變晶體的擺放方式，進(jìn)一步尋找提高晶體表面過飽和度和改善晶體表面均勻性的方法。其次，考慮到實際工業(yè)生產(chǎn)中以循環(huán)流動法生長晶體為主，為了便于對其生產(chǎn)過程進(jìn)行理論指導(dǎo)，本文在不同旋轉(zhuǎn)半徑對晶體生長影響研究的基礎(chǔ)上，對利用循環(huán)流動法生長晶體時，不同進(jìn)口條件下KDP

2、晶體的生長過程進(jìn)行數(shù)值模擬，探尋不同進(jìn)口條件對晶體生長過程中表面過飽和度大小及其分布影響的規(guī)律性，從而為更好的工業(yè)化生產(chǎn)KDP晶體奠定理論基礎(chǔ)。本課題的主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下：
　　①針對傳統(tǒng)同心旋轉(zhuǎn)法生長晶體的弊端，對采用降溫法時不同旋轉(zhuǎn)半徑下KDP晶體的生長過程進(jìn)行數(shù)值模擬。結(jié)果表明：隨著旋轉(zhuǎn)半徑從0cm逐漸增加到3cm，晶體柱面和錐面時均過飽和度均逐漸增大，柱面過飽和度均方差逐漸減小，錐面過飽和度均方差先增大后減小。通過分析

3、發(fā)現(xiàn)隨著旋轉(zhuǎn)半徑的提高，溶液強制對流逐漸增強，溶質(zhì)邊界層逐漸變薄。說明增大晶體的旋轉(zhuǎn)半徑既可以提高晶體的生長速率，同時還可以改善晶體表面的均勻性。另外，在此基礎(chǔ)上對旋轉(zhuǎn)半徑為3cm時，晶體表面過飽和度隨時間的變化情況進(jìn)行了分析。
　?、谠谛D(zhuǎn)半徑一定的基礎(chǔ)上，對采用降溫法時不同晶體擺放方式下 KDP晶體的生長過程進(jìn)行數(shù)值模擬。結(jié)果表明：在柱面迎流、棱邊迎流和錐面迎流三種不同的擺放方式下，當(dāng)晶體采用柱面迎流時晶體時均表面過飽和度最大

4、，棱邊迎流時次之，采用錐面迎流時晶體時均表面過飽和度最小，且當(dāng)晶體采用錐面迎流時晶體柱面和錐面均方差最大，采用柱面迎流時次之，采用棱邊迎流時晶體柱面和錐面均方差最小。因此，雖然晶體采用棱邊迎流的擺放方式時，時均表面過飽和度與柱面迎流相比略有下降，但其平均均方差是三種擺放方式中最小的，有利于減少包裹體的產(chǎn)生。
　?、劢Y(jié)合實際工業(yè)生產(chǎn)，將循環(huán)流動法與有旋轉(zhuǎn)半徑的轉(zhuǎn)晶法相結(jié)合，對不同入口條件下KDP晶體生長過程中的溶液流動和物質(zhì)輸運過程

5、進(jìn)行了數(shù)值模擬研究，分別討論了溶液入口速度、溶液進(jìn)口管位置和溶液入射角度對晶體生長過程的影響。研究結(jié)果表明：首先，隨著溶液入口速度的增大，晶體柱面時均過飽和度先減小后增大，晶體錐面時均過飽和度先略微減小后逐漸增大，柱面和錐面均方差均先增大后減小。其次，晶體表面過飽和度和均方差隨著溶液進(jìn)口管在生長槽上的位置不同而不同。當(dāng)溶液進(jìn)口管軸線與晶體中心在同一高度時，晶體表面過飽和度較大且均方差較小。最后，當(dāng)溶液進(jìn)口管軸線與晶體中心在同一高度時，隨