Метод управления процессами тепломассопереноса при выращивании кристаллов посредством изменения симметрии и вращения теплового поля

• Автор: Кох, Александр Егорович
• Шифр специальности: 05.27.06
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 271 с. : ил

Содержание
ВВЕДЕНИЕ

Часть 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

Глава 1. Управление процессами тепломассопереноса при выращивании

кристаллов.

1.1. Контактные и бесконтактные способы управления.

1.2. Характеристика тепловых полей

1.2.1. Принцип симметрии Кюри и симметрия

конвективных процессов

1.2.2. Температурные колебания при выращивании кристаллов

1.3. Критерии подобия и численное моделирование

1.4. Тепломассоперснос при выращивании кристаллов
гидротермальным методом.
1.5. Выводы к главе 1 .
Глава 2. Борат бария РВаВгС материал нелинейной оптики
2.1. Введение к главе 2 .
2.2. Бораты бария. Система ВаОВгОз
2.3. Стеклообразование в системе ВаОВзОз
2.4. Получение исходного состава ВаВзО
2.4.1. Водные способы синтеза осаждение ВаВгОпНгО из водных растворов
2.4.2. Синтезы методами мягкой химии
2.4.3. Безводные высокотемпературные способы синтеза обменные химические реакции, спекание, сплавление
2.5. Полиморфизм и кристаллическая структура .
2.6. Особенности кристаллизации расплава ВаВ .
2.7. Выращивание монокристаллов РВаВ2С4.
2.7.1. Выращивание из собственного расплава
2.7.2. Выращивание из раствора в расплаве
2.7.2.1. Подбор растворителя.
2.7.2.2. Техника выращивания.
2.8. Дефекты и примеси в кристаллах.
2.9. Свойства и применение
2 Выводы к главе
Часть 2. МАТЕхМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
Глава 3. Моделирование процессов тепломассопереноса при изменении
симметрии и вращении теплового поля.
3.1. Постановка задачи и ничны условия для численного моделирования .
3.2. Алгоритм численного решения
3.3. Численное моделирование тепловых полей и конвективных течений при выращивании кристаллов в стационарном азимутальнораспределенном тепловом поле
3.4. Численное моделирование тепловых полей и конвективных течений при выращивании кристаллов во вращающихся тепловых полях
3.4.1. Яо1Ь2 симметрия теплового поля.
3.4.2. ЯоЙЦ симметрия теплового поля.
3.5. Выводы к главе 3
Часть 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ.
Глава 4. Прецизионная нагревательная печь для выращивания кристаллов
4.1. Типовая нагревательная печь
4.2. Конструкция прецизионной печи
4.3. Характеристика теплового поля прецизионной печи
4.4. Дополнительные возможности.
4.5. Выводы к главе 4.
Глава 5. Фазовые равновесия в тройной системе ВаОВгОзЛУагО.
5.1. Методика эксперимента
5.2. Результаты экспериментальных исследований
5.2.1. Рентгенограмма порошка р ВаВ
5.2.2. Разрез ВаВ4 .
5.2.3. Соединение ЫаВаВОз
5.2.4. Поверхность ликвидуса в фазовом треугольнике
ВаВ4 ЫаВ ЫаВаВОз.
5.3. Обсуждение результатов.
Глава 6. Выращивание кристаллов 1 фазы метабората бария ВВО
с использованием контактных методов управления процессами теиломассопереноса
6.1. Синтез шихты.
6.2. Выращивание кристаллов в условиях высоких значений градиентов температур.
6.3. Выращивание кристаллов на гибком подвесе
6.4. Выращивание кристаллов с принудительным перемешиванием маточного растворрасплава.
6.5. Выращивание кристаллов с подпиткой
6.6. Концентрационное переохлаждение.
6.7. Вывод к главе 6.
Глава 7. Выращивание кристаллов методом изменении симметрии и
вращении теплового ноля i i
7.1. Модельные эксперименты и аналитическое обоснование
7.2. Установка для выращивания кристаллов в условиях вращения теплового поля.
7.2.1. Устройство установки
7.2.2. Создание стационарных и вращающихся тепловых полей различной симметрии
7.2.3. Амплитудночастотные характеристики теплового поля
7.2.4. Управление амплитудночастотными характеристиками тепловой волны в модернизированной установке для выращивания кристаллов в условиях вращения теплового поля.
7.3. Выращивание кристаллов ВВО.
7.3.1. Выращивание кристаллов ВВО в стационарных азимутально распределенных тепловых полях
7.3.2. Выращивание кристаллов ВВО во вращающихся тепловых полях различной симметрии
7.4. Выращивание кристаллов двойного цезийлитиевого бората ii методом Киропулоса
во вращающемся тепловом поле.
7.4.1. Система .
7.4.2. Методика выращивания кристаллов
7.5. Перспективы применения метода вращения теплового поля к выращиванию кристаллов закрытыми способами гидротермальному
и ампульному.
Глава 8. Контроль качества выращенных кристаллов ВВО, изготовление
оптических элементов и их применение в нелинейной оптике
8.1. Предварительная разделка буль.
8.2. Оптический контроль качества
8.3.Изготовление нелинейнооптических элементов
8.4. Вхождение примесей щелочных металлов в структуру ВВО .
8.5. Применение кристаллов в устройствах нелинейной оптики .
8.5.1. Оптическое пропускание кристаллов
8.5.2. Генерация высших гармоник
8.5.3. Параметрические генераторы света
на кристалле ВВО
8.5.4. ВВО как нелинейноактивный кристалл
3его порядка.
8.5.5. Генерация 4ой и 5ой гармоник излучения лазера на кристалле .
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА


При этом исследуются воздействия стационарных, вращающихся и бегущих магнитных электромагнитных полей. Фактически все методы выращивания кристаллов основываются, порой бессознательно, на определенной конфигурации теплового поля. В подавляющем большинстве это стационарные тепловые поля с определенными значениями осевых и радиальных градиентов температуры. Рассмотрим ситуацию с тепловым полем при выращивании кристаллов с точки зрения его симметрии и принципа Кюри. Изотермические поверхности таких тепловых полей представляют собой образующие тел вращения, т. Ь Сиротин, Шаскольская, , совпадающая с осью печи и установки в целом. Далее интерес представляет рассмотрение влияния симметрии среды теплового поля как на формирующийся в ней объект растущий кристалл, так и на конвективные процессы в кристаллизационной среде расплав или раствор. Ьх осью симметрии, подвержен, в основном, влиянию осевого градиента температуры. В работе Гармаш и Гармаш, путем выполнения в формообразователе отверстия определенного сечения в области фронта кристаллизации создается тепловое поле, изотермы которого совпадают с сечением простой формы роста растущего кристалла в плоскости, перпендикулярной направлению вытягивания кристалла, т. Этим, как утвеждают авторы, достигается повышение качества кристаллов ниобата лития и алюмоиттриевого граната и в частности, оптической однородности, распределение специально вводимых или естественных примесей и свойств, обусловленных анизотропией. Характер конвективных течений в расплаве, находящемся в стационарном тепловом поле, обладающем осью симметрии, в первом приближении можно представить как это показано на рис. В первом случае рис. ФФК при этом будет выпуклой в сторону расплава. При некоторой скорости вращения кристалла за счет действия центробежных сил формируется восходящий поток в подкристальной области, происходит инверсия направления конвективного течения и, соответственно, инверсия ФФК от выпуклой к вогнутой рис. Реально объемные конвективные течения имеют более сложную структуру, разбиваясь на несколько конвективных ячеек в вертикальном сечении рис. Подобная картина течений была получена в результате физического моделирования для изотермической жидкости в работе Бердников и др. Зд на стр. Кервалишвили и Ремизов, Простомолотов, Даниэлян и др. Рис. ФФК, б преобладание вынужденной конвекции вогнутая ФФК, в сложный характер конвекции. Рис. Изменение симметрии теплового поля на поверхности расплава при выращивании кристаллов оксидов в зависимости от времени 0 и скорости вращения кристалла 0. Ваяй е а, . Динамика ФФК в процессе выращивания кристалла в зависимости от многих ростовых параметров и во взаимосвязи с флуктуациями температуры, распределением примесей и. Атабаев и др , i ivi, . Общепринятая и доказанная точка зрения состоит в том, что ФФК непосредствено связана с характером гидродинамических потоков в расплаве и зависит от того, какой из взаимодействующих потоков нисходящий вблизи кристалла изза перегрева стенок тигля или восходящий под кристаллом вследствие его вращения преобладает в тигле. В общем случае можно считать, что увеличение скорости вращения кристалла и его диаметра, а также уменьшение радиального градиента температуры в расплаве приводят к изменению ФФК от выпуклой к плоской и затем к вогнутой по отношению к расплаву. В работе , показано, что конфигурация теплового поля осевые и радиальные профили температуры зависит от скоростей вращения и вытягивания кристалла. При этом надо отметить, что, в общем случае, рассматриваются осесимметричные тепловые поля и, соответственно, объемные конвективные течения, у которых предельная группа симметрии сохраняет ось симметрии бесконечного порядка. Это соблюдается и в большинстве работ по исследованию тепловых полей, конвективных процессов, процессов микросегрегации примесей и т. Ремизов, , i , i , iii v, . Однако в последнее время во многих работах указывается на нарушение осевой симметрии ковекгивнотепловых полей в расплаве при определенных значениях ростовых параметров и теплофизических свойств расплавов.