藍寶石單晶生長鎢坩堝熱應力分析

藍寶石單晶是一種氧化鋁（Al2O3）的單晶，它的光學穿透帶很寬，從近紫外光（190nm）到中紅外線都有很好的透光性，另外因其具有良好的光學性能、機械性能和穩定的化學性能，且強度高、硬度大、耐腐蝕，被廣泛應用於軍事、醫學、電子及其他領域。而要生產性能優良的藍寶石單晶藍寶石單晶生長爐中的坩堝是一個重要的關鍵因素。具有高純度、高密度、無內裂紋、尺寸精准、內外壁光潔等特徵的坩堝對藍寶石晶體生長過程中的引晶成功率、拉晶品質控制、脫晶粘鍋以及使用壽命的延長都起到了關鍵的作用。鎢坩堝具有高強度、高硬度且耐高溫等特性被廣泛應用於藍寶石生長爐中。經實驗發現，在藍寶石單晶生長過程中產生的熱應力集中的現象導致鎢坩堝使用壽命短，因此許多科學家研究藍寶石單晶生長過程中鎢坩堝使用失效的影響因素發現，熱應力是鎢坩堝使用失效的主要原因。

熱應力：鎢坩堝在使用過程中受到了長期週期性加熱、冷卻作用，導致坩堝軸向和徑向都存在溫度梯度，且在晶體生長過程中產生的迴圈熱震衝擊坩堝產生了微裂紋。在長期迴圈使用過程中，微裂紋會不斷擴展，到達一定程度後，導致坩堝報廢。

經試驗發現，最大熱應力存在於坩堝與託盤結合處，在滿足晶體生長條件下，減緩升溫速度，較小溫度梯度，增大托杆中間孔隙，改變託盤托杆材料等方法都可以減小熱應力。

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