低成本稀土晶体的生长工艺中提拉生长速率的计算方法和计算系统技术方案
【技术实现步骤摘要】
低成本稀土晶体的生长工艺中提拉生长速率的计算方法和计算系统
本专利技术属于稀土晶体材料
，具体涉及低成本稀土晶体的生长工艺中提拉生长速率的计算方法和计算系统。
技术介绍
稀土是国家的重要战略资源，作为稀土材料的重要分支之一，稀土晶体指稀土元素可以完整占据结晶学结构中某一格点的晶体，具有独特的磁学和光学特性，被广泛地应用于光纤通讯、国防安全、民生健康等国家重点领域，其研究和发展，一直是业内广泛关注的焦点。然而，现阶段稀土晶体生长品质的不稳定性、晶体内组成不均匀性、大尺寸材料生长的困难性严重限制了高端稀土晶体产品的研制与使用。归其原因主要包括：1)稀土晶体生长机理不清晰，缺乏对多尺度生长过程的有效控制；2)生长设备在线测控功能薄弱，缺少稀土晶体生长实时数据反馈并做出相应精确调控；3)生长设备控制精度和稳定性有待提高，确保每一炉次稀土晶体生长过程“高度一致”。稀土晶体生长控制计算系统能够为高品质稀土功能晶体提供稳定可靠的生长平台。目前，国内外一致认为高控制精度自动控制稀土有利于实现高品质稀土晶体生长。因此，稀土晶体专用的自动化控制稀土的研制具有重要意义。近些年，国...
【技术保护点】
稀土晶体生长工艺中提拉生长速率的计算方法，其特征在于，包括以下步骤，1)依据结晶生长的化学键合理论，参照式(I)，计算稀土晶体的各向异性相对生长速率，再得到模拟的稀土晶体的热力学生长形态；
【技术特征摘要】
1.稀土晶体生长工艺中提拉生长速率的计算方法，其特征在于，包括以下步骤，1)依据结晶生长的化学键合理论，参照式(I)，计算稀土晶体的各向异性相对生长速率，再得到模拟的稀土晶体的热力学生长形态；其中，Ruvw为晶体沿[uvw]方向的相对生长速率；K为速率常数；为沿[uvw]方向生长的化学键合能；Auvw为生长基元沿[uvw]方向的投影面积；duvw为晶体沿[uvw]方向的台阶高度；2)基于上述步骤得到的模拟的稀土晶体的热力学生长形态，确定优势提拉生长方向；3)根据上述步骤得到的模拟的稀土晶体的热力学生长形态和优势提拉生长方向，确定沿径向方向的生长界面处的各向异性化学键合结构；4)基于之前的生长过程数据，统计稀土晶体的熔体中心和距离熔体中心多个不同位置的熔体温度，测算径向温度梯度；基于之前的生长过程数据，统计稀土晶体的熔体中心和垂直距离熔体中心多个不同位置的环境温度，测算轴向温度梯度；5)依据传质方程，参照式(II)，计算得到晶体生长过程中的各向同性传质决定的扩散速率；Mmelt＝4πr2Nmelt,r|R式(II)，其中，Mmelt是单位之间内熔体减少的量，Nmelt,r|R是半径R处熔体的传质通量，r是生长界面沿径向到晶体中心的距离；6)整合稀土晶体的各向异性相对生长速率和各向同性传质决定的扩散速率，再结合步骤4)得到的数值进行校正，计算得到稀土晶体生长工艺过程中各个尺寸区间的提拉生长速率。2.根据权利要求1所述的计算方法，其特征在于，所述稀土晶体生长的初期，所述稀土晶体在熔体中心区域；所述稀土晶体的最小直径为2～10mm；所述稀土晶体生长的提拉生长速率取决于所述稀土晶体的各向异性相对生长速率。3.根据权利要求1所述的计算方法，其特征在于，所述稀土晶体生长的中期处于放肩初期到放肩结束；所述稀土晶体的直径为10～90mm。4.根据权利要求1所述的计算方法，其特征在于，所述参照式(II)，计算的具体步骤为：a)参照式(II)，根据Fick第一定律，得到式(III)，其中，C是晶体组成的浓度，D是晶体组成在熔体中的扩散系数，x是晶体组成分数；b)基于边界条件：r＝R，x＝xR，得出式(IV)，5.根据权利要求4所述的计算方法，其特征在于，所述稀土晶体生长的初期，所述各向异性相对生长速率远大于各向同性传质决定的扩散速率；所述xR＝0，所述式(IV)为：6.根据权利要求4所述的计算方法，其特征在于，所述稀土晶体生长的中期，所述生长界面靠近坩埚壁，生长界面沿径向温度梯度增大...
【专利技术属性】
技术研发人员：薛冬峰，孙丛婷，
申请(专利权)人：中国科学院长春应用化学研究所，
类型：发明
国别省市：吉林,22
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