晶体材料制备技术(姚连增)

各种晶体总结及其应用

对晶体结构及其应用的认识 引言：化学中对晶体的研究促进了各种特性材料的发现和发明,也促进了各种催化剂的发现,晶体是美丽的,他们的最小单位——晶胞更是充分体现了各种对称美和造物者的神奇。晶体的应用在人类的生产生活中正发挥着巨大的作用。在本飞行器制造工程专业中也占据着不可忽视的作用。 关键词原子晶体，离子晶体，分子晶体，材料，制造业 高中时学习化学，曾接触过晶体的一些知识，因而对晶体产生了浓厚的兴趣，想借此机会，总结一下晶体结构以及晶体的各种应用。晶体分为原子晶体、离子晶体、分子晶体和金属晶体，我们生活的世界大部分是由这些物质构成。晶体具有以下特征： 自范性：晶体具有自发地形成封闭的凸几何多面体外形能力的性质，又称为自限性。 均一性：指晶体在任一部位上都具有相同性质的特征。 各向异性：在晶体的不同方向上具有不同的性质。 对称性：指晶体的物理化学性质能够在不同方向或位置上有规律地出现,也称周期性。最小内能和最大稳定性。 晶体中质点排列具有周期性和对称性整个晶体可看作由结点沿三个不同的方向按一定间距重复出现形成的，结点间的距离称为该方向上晶体的周期。同一晶体不同方向的周期不一定相同。可以从晶体中取出一个单元，表示晶体结构的特征。取出的最小晶格单元称为晶胞。晶胞是从晶体结构中取出来的反映晶体周期性和对称性的重复单元。 原子晶体是几种晶体中硬度最大，熔点较高的一类晶体。晶体中原子与原子通过共价键链接，构成一个空间的三维网络结构，所以具有他们特有的物理性质。俗话说“没有金刚钻别揽瓷器活”就是说的原子晶体中最典型的金刚石，金刚石

中C原子通过sp3杂化轨道与其他C原子相连，在空间形成承受力能力相当强的正四面体结构，我们不禁赞叹大自然的神奇，简单的C原子以这种方式连结竟然构成了世间最硬的物质。正是由于原子晶体的各种特异的性质，原子晶体在工业中具有广泛的应用，金刚石因为它的硬度较大，被广泛用在精密切割的刀具上，另外钻石还是昂贵的奢侈品；二氧化硅常被用在机械加工中各种砂轮砂纸上作为耐磨材料；高纯度的硅单质是良好的半导体，被广泛用于电子信息产业；碳化硅是良好的耐磨材料,。 离子晶体由阴、阳离子通过离子键结合而成的晶体，离子键：阴、阳离子间强烈的静电作用。离子键无饱和性、无方向性，大多数盐、强碱、活泼金属氧化物属于离子晶体，典型代表是氯化钠。相对于原子晶体，离子晶体更加普遍存在，同时它们也具有许多独特的特点。应为离子晶体是靠阴阳离子相互吸引结合，离子间以离子键相互结合，离子之间按照严格的规则排列，因此具有很漂亮的晶胞下面如图立方ZnS、CaF2、NaCl的晶胞 离子晶体在人类的生活中发挥着重要作用，冶炼金属，制作高储能的电池，制作具有各种光学特性光学器材，温度测量等很多地方都有应用。 分子晶体是由分子组成，可以是极性分子，也可以是非极性分子。分子间的作用力很弱，分子晶体具有较低的熔、沸点，硬度小、易挥发，许多物质在常温下呈气态或液态，例如O2、CO2是气体，乙醇、冰醋酸是液体。同类型分子的晶体，其熔、沸点随分子量的增加而升高，例如卤素单质的熔、沸点按F2、Cl2、Br2、I2顺序递增；非金属元素的氢化物，按周期系同主族由上而下熔沸点升高；有机物的同系物随碳原子数的增加，熔沸点升高。但HF、H2O、NH3、CH3CH2OH等分子间，除存在范德华力外，还有氢键的作用力，它们的熔沸点较高。在固态和熔融状态时都不导电。 金属晶体：晶格结点上排列金属原子-离子时所构成的晶体。金属中的原子

晶体材料制备原理与技术

中国海洋大学本科生课程大纲 课程属性：公共基础/通识教育/学科基础/专业知识/工作技能，课程性质：必修、选修 一、课程介绍 1.课程描述： 晶体材料制备原理与技术是综合应用物理、化学、物理化学、晶体化学、材料测试与表征等先修课程所学知识的应用型专业课程，主要讲授晶体材料制备过程的基本原理和典型的晶体材料制备技术，为学生从事晶体材料制备工作提供理论基础和技术基础。 2.设计思路： 晶体材料是高新技术不可或缺的重要材料，晶体材料制备是材料科学与工程专业相关的重要生产领域。作为一门以拓展学生知识面为目的的选修课程，本课程分为三大部分：首先介绍典型的晶体材料制备方法和技术，通过课下查阅资料和课堂讨论加深学生对常见方法和技术的理解。此部分教师讲解和学生课堂讨论并重。然后介绍晶体材料制备过程中的一般原理，此部分主要由教师进行课堂讲授。最后，由学生自主查阅晶体材料制备最新文献，了解晶体材料制备技术最新进展，通过课下研读、课上汇报、讨论、教师点评等教学活动，加深学生对本课程中所学知识的理解及相关知识的综合运用。 - 3 -

3. 课程与其他课程的关系： 晶体材料制备原理与技术是综合应用物理、化学、物理化学、晶体化学、材料测试与表征等先修课程所学知识的应用型专业课程，是材料制备与合成工艺课程相关内容的细化和深入。 二、课程目标 本课程的目标是拓宽材料科学与工程专业学生的知识面，掌握晶体材料制备一般原理，了解晶体材料制备常见技术，加深对物理、化学、晶体化学以及材料表征等先修课程知识的理解，加强文献检索能力，学会分析晶体材料制备中遇到的问题，提高解决生产问题的能力，为毕业后从事晶体材料制备等生产和研究工作打下基础。 三、学习要求 晶体材料制备原理与技术是一门综合了物理、化学、物理化学、晶体化学、材料测试与表征等多学科知识的综合性课程。为达到良好的学习效果，要求学生：及时复习先修课程相关内容，按时上课,上课认真听讲，积极查阅资料，积极参与课堂讨论。本课程将包含较多的资料查阅、汇报、讨论等课堂活动。 四、教学进度 - 3 -

常见的金属晶体结构

第二章作业 2－1 常见的金属晶体结构有哪几种它们的原子排列和晶格常数有什么特点 V、Mg、Zn 各属何种结构答：常见晶体结构有 3 种：⑴体心立方：－Fe、Cr、V ⑵面心立方：－Fe、Al、Cu、Ni ⑶密排六方：Mg、Zn －Fe、－Fe、Al、Cu、Ni、Cr、 2---7 为何单晶体具有各向异性，而多晶体在一般情况下不显示出各向异性答：因为单晶体内各个方向上原子排列密度不同，造成原子间结合力不同，因而表现出各向异性；而多晶体是由很多个单晶体所组成，它在各个方向上的力相互抵消平衡，因而表现各向同性。第三章作业3－2 如果其它条件相同，试比较在下列铸造条件下，所得铸件晶粒的大小；⑴金属模浇注与砂模浇注；⑵高温浇注与低温浇注；⑶铸成薄壁件与铸成厚壁件；⑷浇注时采用振动与不采用振动；⑸厚大铸件的表面部分与中心部分。答：晶粒大小：⑴金属模浇注的晶粒小⑵低温浇注的晶粒小⑶铸成薄壁件的晶粒小⑷采用振动的晶粒小⑸厚大铸件表面部分的晶粒小第四章作业 4－4 在常温下为什么细晶粒金属强度高，且塑性、韧性也好试用多晶体塑性变形的特点予以解释。答：晶粒细小而均匀，不仅常温下强度较高，而且塑性和韧性也较好，即强韧性好。原因是：（1）强度高：Hall-Petch 公式。晶界越多，越难滑移。（2）塑性好：晶粒越多，变形均匀而分散，减少应力集中。（3）韧性好：晶粒越细，晶界越曲折，裂纹越不易传播。 4－6 生产中加工长的精密细杠（或轴）时，常在半精加工后，将将丝杠吊挂起来并用木锤沿全长轻击几遍在吊挂 7~15 天，然后再精加工。试解释这样做的目的及其原因答：这叫时效处理一般是在工件热处理之后进行原因用木锤轻击是为了尽快消除工件内部应力减少成品形变应力吊起来，是细长工件的一种存放形式吊个7 天，让工件释放应力的时间，轴越粗放的时间越长。 4－8 钨在1000℃变形加工，锡在室温下变形加工，请说明它们是热加工还是冷加工（钨熔点是3410℃，锡熔点是232℃）答：W、Sn 的最低再结晶温度分别为: TR(W) =（～×(3410+273)－273 =（1200～1568）(℃)＞1000℃ TR(Sn) =（～×(232+273)－273 =（-71～-20）(℃) ＜25℃ 所以 W 在1000℃时为冷加工，Sn 在室温下为热加工 4－9 用下列三种方法制造齿轮，哪一种比较理想为什么（1）用厚钢板切出圆饼，再加工成齿轮；（2）由粗钢棒切下圆饼，再加工成齿轮；（3）由圆棒锻成圆饼，再加工成齿轮。答：齿轮的材料、加工与加工工艺有一定的原则，同时也要根据实际情况具体而定，总的原则是满足使用要求；加工便当；性价比最佳。对齿轮而言，要看是干什么用的齿轮，对于精度要求不高的，使用频率不高，强度也没什么要求的，方法 1、2 都可以，用方法 3 反倒是画蛇添足了。对于精密传动齿轮和高速运转齿轮及对强度和可靠性要求高的齿轮，方法 3 就是合理的。经过锻造的齿坯，金属内部晶粒更加细化，内应力均匀，材料的杂质更少，相对材料的强度也有所提高，经过锻造的毛坯加工的齿轮精度稳定，强度更好。 4－10 用一冷拔钢丝绳吊装一大型工件入炉，并随工件一起加热到1000℃，保温后再次吊装工件时钢丝绳发生断裂，试分析原因答：由于冷拔钢丝在生产过程中受到挤压作用产生了加工硬化使钢丝本身具有一定的强度和硬度，那么再吊重物时才有足够的强度，当将钢丝绳和工件放置在1000℃炉内进行加热和保温后，等于对钢丝绳进行了回复和再结晶处理，所以使钢丝绳的性能大大下降，所以再吊重物时发生断裂。 4－11 在室温下对铅板进行弯折，越弯越硬，而稍隔一段时间再行弯折，铅板又像最初一样柔软这是什么原因答：铅板在室温下的加工属于热加工，加工硬化的同时伴随回复和再结晶过程。越弯越硬是由于位错大量增加而引起的加工硬化造成，而过一段时间又会变软是因为室温对于铅已经是再结晶温度以上，所以伴随着回复和再结晶过程，等轴的没有变形晶粒取代了变形晶粒，硬度和塑性又恢复到了未变形之前。第五章作业 5－3 一次渗碳体、二次渗碳体、三次渗碳体、共晶渗碳体、共析渗碳体异同答：一次渗碳体：由液相中直接析出来的渗碳体称为一次渗碳体。二次渗碳体：从 A 中析出的渗碳体称为二次渗碳体。三次渗碳体：从 F 中析出的渗碳体称为三次渗碳体共晶渗碳体：经共晶反应生成的渗碳体即莱氏体中的渗碳体称为共晶渗碳体共析渗碳体：经共析反应生成的渗碳体即珠光体中的渗

通过能力计算

计算题 1．已知某地铁线路车辆定员每节240人，列车为6节编组，高峰小时满载率为120％，且单向最大断面旅客数量为29376人，试求该小时内单向应开行的列车数。 2、已知某地铁线路采用三显示带防护区段的固定闭塞列车运行控制方式，假设各闭塞分区长度相等，均为1000米，已知列车长 度为420米，列车制动距离为100米，列车运行速度为70km/h，制动减速度为2米/秒2，列车启动加速度为1.8米/秒2，列车最大停站时间为40秒。试求该线路的通过能力是多少？ 若该线路改成四显示自动闭塞，每个闭塞分区长度为600米，则此时线路的通过能力是多少？ 3．已知某地铁线路采用移动闭塞列车运行控制方式，已知列车长度为420米，车站闭塞分区为750米，安全防护距离为 200米，列车进站规定速度为60km/h，制动空驶时间为1.6秒，制动减速度为2米/秒2，列车启动加速度为1.8米/秒2，列车最大停站时间为40秒。试求该线路的通过能力是多少？ 4．已知某地铁线路为双线线路，列车采用非自动闭塞的连发方式运行，已知列车在各区间的运行时分和停站时分如下表，线路的连发间隔时间为12秒。试求该线路的通过能力是多少？

5．已知地铁列车在某车站采用站后折返，相关时间如下：前一列车离去时间1.5分钟，办理进路作业时间0.5分钟，确认信号时间0.5分钟，列车出折返线时间1.5分钟，停站时间1分钟。试计算该折返站通过能力。 6．已知某终点折返站采用站前交替折返，已知列车直到时间 为40秒，列车侧到时间为1分10秒，列车直发时间为40秒，列车侧发时间为1分20秒，列车反应时间为10秒， 办理接车进路的时间为15秒，办理发车进路的时间为15秒。试分别计算考虑发车时间均衡时和不考虑发车时间均衡时，该折返站的折返能力是多少？ 7．已知线路上有大小交路两种列车，小交路列车在某中间折返 站采用站前折返（直到侧发），已知小交路列车侧发时间为1分20秒，办理接车进路的时间为15秒，办理发车进路的时间为15秒，列车反应时间为10秒，列车直到时间为25 秒，列车停站时间为40秒；长交路列车进站时间为25秒。试分别计算该中间折返站的最小折返能力和最大折返能力分别是多少？ 8．已知线路上有大小交路两种列车，小交路列车在某中间折返站采用站后折返，已知小交路列车的相关时分为：列车驶出车站 闭塞分区时间为1分15秒，办理出折返线调车进路的时间 为20秒，列车从折返线至车站出发正线时间为40秒，列车反应时间为10秒，列车停站时间为40秒。

蓝宝石生长方法

一、蓝宝石生长 1.1 蓝宝石生长方法 1.1.1 焰熔法Verneuil (flame fusion) 最早是1885年由弗雷米（E. Fremy）、弗尔（E. Feil） 和乌泽（Wyse）一起，利用氢氧火焰熔化天然的红宝石粉末 与重铬酸钾而制成了当时轰动一时的“ 日内瓦红宝石”。后 来于1902年弗雷米的助手法国的化学家维尔纳叶（Verneuil） 改进并发展这一技术使之能进行商业化生产。因此，这种方 法又被称为维尔纳叶法。 1）基本原理 焰熔法是从熔体中生长单晶体的方法。其原料的粉末在 通过高温的氢氧火焰后熔化，熔滴在下落过程中冷却并在种 晶上固结逐渐生长形成晶体。 2）合成装置与条件、过程 焰熔法的粗略的说是利用氢及氧气在燃烧过程中产生 高温，使一种疏松的原料粉末通过氢氧焰撒下焰融，并落在 一个冷却的结晶杆上结成单晶。下图是焰熔生长原料及设备 简图。这个方法可以简述如下。图中锤打机构的小锤7按一 定频率敲打料筒，产生振动，使料筒中疏松的粉料不断通过 筛网6，同时，由进气口送进的氧气，也帮助往下送粉料。 氢经入口流进，在喷口和氧气一起混合燃烧。粉料在经过高温火焰被熔融而落在一个温度较低的结晶杆2上结成晶体了。炉体4设有观察窗。可由望远镜8观看结晶状况。为保持晶体的结晶层在炉内先后维持同一水平，在生长较长晶体的结晶过程中，同时设置下降机构1，把结晶杆2缓缓下移。 焰熔法合成装置由供料系统、燃烧系统和生长系统组成，合成过程是在维尔纳叶炉中进行的。 A.供料系统 原料：成分因合成品的不同而变化。原料的粉末经过充分拌匀，放入料筒。如果合成红宝石，则需要Al2O 粉末和少量的 Cr2O3参杂，Cr2O3用作致色剂，添加量为 1-3%。三氧化 3 二铝可由铝铵矾加热获得。料筒：圆筒，用来装原料，底部有筛孔。料筒中部贯通有

磁光晶体材料的研究现状及其发展趋势(doc 14页)

磁光晶体材料的研究现状及其发展趋势(doc 14页)

磁光晶体材料的研究现状与发展趋势 摘要：简要介绍了磁光晶体材料的一些基本理论，通过对磁光晶体材料应用的器件进行了解磁光晶体材料的优势、缺点以及发展的历程。通过不同的磁光晶体材料的介绍，了解他们的结构特性，生长过程以及生产技术。通过各种方面的了解，理解其发展的方向及其困难之处，并从中思考解决的方法。 关键词：晶体材料，旋磁光晶体，研究现状，发展趋势 Magneto-optical crystal materials' Research and Development Wu zhuofu Departement of Optoelectronic Information Engineering, Jinan University,Guangzhou,China 510632 Abstract：It introduces something about magneto-optical crystal by material and device. We use it to know history of magneto-optical crystal. We can see the strong point and the weakness about it. Understand the structure of them and solve the problem. Key Words：crystalline material , magneto-optical crystal, SituationofStudy , development

2020年常用晶体材料

作者：非成败 作品编号：92032155GZ5702241547853215475102 时间：2020.12.13 Al2O3晶体 氧化铝晶体（白宝石，蓝宝石，Al2O3）是一种很重要的光学晶体。它具有高硬度、高熔点、高强度、高透过率、耐高温和抗腐蚀的特性，广泛地用于航空航天仪器的红外和紫外的窗口、激光工作窗口、高炉测温窗口以及太阳能电池保护罩和永不磨损手表镜面等。在窗口应用方面，它具有如下优良的特性： (1)光透过范围从300nm到5.5μm (2)3-5μm波段红外透过率大于85% (3)具有高硬度，高透过率,抗挠曲强度和抗风蚀、雨蚀的能力 (4)优良的热传导性能 (5)低散射率0.02在λ=26到31μm，880℃ 材料基本性能： CaF2晶体

折射率： MgF2晶体 氟化镁晶体被应用在环境要求很苛刻的光学系统中，它的透过波段为0.11μm--8.5μm。辐照不会导致色心的产生，它有良好的机械性能，可以承受热和机械震动，很大的外力才能使氟化镁解理。氟化镁单晶由于有微弱的双折射性能，通常的切向为光轴垂直于晶片表面。 氟化镁是一种应用很广泛的晶体，具有如下特性： (1)、在真空紫外到红外(0.11～8.5μm)波段有很高的透过率. (2)、抗撞击和热波动以及辐照 (3)、良好的化学稳定性. (4)、可用于光学棱透镜、锲角片、窗口和相关光学系统中 (5)、四方双折射晶体性能，可用于光通讯. (6)、UV 窗口材料 Ba F 2

折射率： LiF 氟化锂晶体是一种很重要的光学晶体，它具有如下优良的特性： 1、在真空紫外到红外(0.12-6μm)的波段有很高的透过率，特别是在真空紫外有优良的透过率。 材料性能：

蓝宝石晶体生长技术回顾

蓝宝石晶体生长技术回顾 (2011-07-12 15:21:18) 转载 分类：蓝宝石晶体 标签： 蓝宝石 晶体生长 技术 历史 杂文 杂谈 引言 不少群众提出意见，博主说了这多不行的，能不能告诉广大投身蓝宝石长晶事业的什么设备行？说实话，这真的是为难我了！怎么讲？举个例子吧，Ky技术设备在Mono手里还真的是Ky，但到了你手里可能就是YY了。 可能你觉得受打击了，可是没有办法啊，事实如此啊，实话听 起来往往比较刺耳！本博主前面发表的《从缺陷的角度谈谈蓝宝石生长方向的选择》博文，迄今为止只有寥寥无几群众真正看出精髓所在..................................不服气群众可以留言谈谈自己了解了什么？ 古人云“博古通今”、“温故知新”，我觉得很有道理，技术之道也是如此。如果没有对以往技术的熟练掌握、熟知精髓所在，没有

对以往技术的总结提炼，你就不可能对一个新技术真正的掌握。任何新技术新设备到你手里，充其量你只是一个熟练操作工而已。 还觉得不信的话，我就在这篇博文里用大家认为最古老的火焰法宝石生长的经验理论总结来给大家进行目前流行的衬底级蓝宝石晶体生长进行理论指导。 蓝宝石晶体生长技术简介

焰熔法（flame fusion technique）&维尔纳叶法（Verneuil technique） 1885年由弗雷米（E. Fremy）、弗尔（E. Feil）和乌泽（Wyse）一起，利用氢氧火焰熔化天然的红宝石粉末与重铬酸钾而制成了当时轰动一时的“日内瓦红宝石”。后来于1902年弗雷米的助手法国的化学家维尔纳叶（Verneuil）改进并发展这一技术使之能进行商业化生产。因此，这种方法又被称为维尔纳叶法。 弗雷米（E. Fremy）、弗尔（E. Feil）和乌泽（Wyse）这几个哥们实际上就是做假珠宝的，一群有创新精神的专业人士。 博主对两类造假者比较佩服，一类是以人造珠宝以假乱真的，一类是造假文物的。首先、他们具有很高的专业素养；其次、他们也无关民生大计；还有利于社会财富的再分配。 至于火焰法简单的描述我就不啰嗦了，我讲讲一些你所不知道的火焰法长宝石的一些前人总结；这些总结和经验对今天的任何一种新方法长蓝宝石单晶都是有借鉴意义的。 100多年来火焰法工作者在气泡、微散射，晶体应力和晶体生长方向的关系，晶体生长方向与缺陷、成品率之间的关系做了大量的数据总结，可以讲在各个宝石生长方法中研究数据是最完备的。在这篇博文里我只讲讲个人认为对其他方法有借鉴意义的一些总结。

车站通过能力计算

车站通过能力 车站通过能力是在车站现有设备条件下，采用合理的技术作业过程，一昼夜能接发和方向的货物（旅客）列车数和运行图规定的旅客（货物）列车数。 车站通过能力包括咽喉通过能力和到发线通过能力。 咽喉通过能力是指车站某咽喉区各衔接方向接、发车进路咽喉道岔组通过能力之和，咽喉道岔通过能力是指在合理固定到发线使用方案及作业进路条件下，某衔接方向接、发车进路上最繁忙的道岔组一昼夜能够接、发该方向的货物（旅客）列车数和运行图规定的旅客（货物）列车数。 到发线通过能力是指到达场、出发场、通过场或到发场内办理列车到发作业的线路，采用合理的技术作业过程和线路固定使用方案，一昼夜能够接、发各衔接方向的货物（旅客）列车数和运行图规定的旅客（货物）列车数。 车站咽喉通过能力计算 咽喉占用时间标准 表咽喉道岔占用时间表 顺序作业名称时间标准 （min） 顺序作业名称 时间标准 （min） 1 货物列车接车占用6~8 4 旅客列车出发占用4~6 2 旅客列车接车占用5~7 5 单机占用2~4 3 货物列车出发占用5~7 6 调车作业占用4~6 道岔组占用时间计算 表到发线固定使用方案 线路编号固定用途 一昼夜 接发列车数 线路 编号 固定用途 一昼夜 接发列车数 1 接甲到乙、丙旅客列车8 7 接乙到甲直通、区段货物列车9 4 接乙到甲旅客列车 5 8 接甲、乙到丙直通、区段货物列车10 接丙到甲旅客列车 3 9 接丙到甲、乙直通、区段货物列车10 5 接甲到乙直通、区段货物列车11 10 接发甲、乙、丙摘挂货物列车10 表甲端咽喉区占用时间计算表 编号作业进路名称 占用 次数 每次 占用时间 总占用 时间 咽喉区道岔组占用时间 1 3 5 7 9 固定作业 1 1道接甲-乙,丙旅客列车8 7 56 56 2 4道发乙-甲旅客列车 5 6 30 30 30 3 4道发丙-甲旅客列车 3 6 18 30 30 5 往机务段送车 3 6 18 18 6 从机务段取车 2 6 12 12

蓝宝石应力

蓝宝石应力 1. 概述 在晶体生长过程中晶体内存在的应力将引起应变，当应变超过了晶体材料本身塑性形变的屈服极限时，晶体将发生开裂。一般来说，根据晶体内应力的形成原因，可将其分为三类：热应力，化学应力和结构应力。 1.1热应力 蓝宝石晶体在从结晶温度冷却至室温过程中并不发生相结构的转变，因此，晶体内应力主要是由温度梯度引起的热应力。晶体热应力正比于晶体内的温度梯度、晶体热膨胀系数及晶体直径。最大热应力总是出现在籽晶与新生晶体的界面区域，较大热应力一般出现在结晶界面、放肩、收尾及直径发生突变的部位，在等径部位热应力相对较小。 1.2结构应力 由特定材料构建成的一个功能性物体叫做结构，在结构的材料内部纤维受到结构自身重力或者外界作用力下，纤维会产生变形，这种变形的能量来自于材料所受的应力，这种应力就叫结构应力。 2. 产生因素 晶体全开裂主要与晶体的生长速率和冷却速率有关，生长速率或冷却速率过快，必将使晶体整体的热应力过大。当热应力值超过屈服应力时，裂纹大量萌生，不断扩展，相互交织造成晶体整体碎裂，具有此种裂纹的晶体已失去使用价值，应当严格避免。通过相关理论分析和多次实验证明，采用匀速的降温程序，降温速率控制在1.5～3.0 K／h的范围

内，晶体生长速率为1.0～5.0 mm／h；依据蓝宝石晶体退火工艺，晶体强度与温度的变化关系，在10～30 K／h范围内设计晶体的冷却程序，完成晶体的退火和冷却。此晶体生长速率及冷却程序，可使晶体的整体碎裂得到有效控制。 在晶体生长中时常发现在晶体的引晶、放肩及晶体直径突变等部位发生裂纹萌生，并沿特定的晶面扩展。具有该种裂纹的晶体虽然仍可利用，但会使器件的尺寸受到一定的限制，降低晶体坯料的利用率，故应尽力避免。 此种裂纹的形成与泡生法晶体生长控制工艺密切相关。在晶体生长的引晶和放肩阶段主要是通过调节热交换器的散热能力来控制晶体生长，在籽晶和新生晶体的界面区域，受热交换器工作流体温度的影响较显著，温度梯度较大。同时，在此阶段需不断的调整晶体的生长 状态，造成此位置晶体外形不规则以及较高的缺陷浓度等都极易引起应力集中，裂纹萌生的机率也相对较大。在后续实验中，本实验室采用加长籽晶杆长度，增加温度梯度过渡区长度和恒定热交换器工作流体温度等措施来控制该区域的裂纹萌生，并取得了较好的效果。 3. 检测方法 检测工具为应力仪。 台式应力仪：S-18应力测试仪应用范围广泛。该仪器可以从水平或垂直角度，对玻璃和塑料配件进行检测，大多运用于品控。S-18有足够大的使用空间供各种产品进行测量。测量过程中，主要通过手持被测物体在偏光下进行观察测量。 标准配置的S-18包括一个光源，一个装有四分之一波盘的分析器和另一个装有四分之一波盘的偏光装置。S-18应力仪中已经置入了一块全波盘。 S-18应力测试仪使用时要垂直放置。机身上有2对橡胶脚垫减震器，便于从水平或垂直方向操作。 应力仪功能的优越点 应力仪是一种无损检测应力情况的机器，便于人们在生产国产中更直观的判别样品的应力情况。做好分析应力的情况，更好的改进生产工艺，做出更好的产品。 应力仪的操作简便易学，机器性能一般可以稳定维持3-5年。

第二章材料中的晶体结构

第二章材料中的晶体结构 基本要求：理解离子晶体结构、共价晶体结构。掌握金属的晶体结构和金属的相结构，熟练掌握晶体的空间点阵和晶向指数和晶面指数表达方法。 重点：空间点阵及有关概念，晶向、晶面指数的标定，典型金属的晶体结构。难点：六方晶系布拉菲指数标定，原子的堆垛方式。 §2.1 晶体与非晶体 1.晶体的定义：物质的质点(分子、原子或离子)在三维空间作有规律的周期性重复排列所形成的物质叫晶体。 2. 非晶体：非晶体在整体上是无序的；近程有序。 3. 晶体的特征 周期性 有固定的凝固点和熔点 各向异性 4.晶体与非晶体的区别 a.根本区别：质点是否在三维空间作有规则的周期性重复排列 b.晶体熔化时具有固定的熔点,而非晶体无明显熔点,只存在一个软化温度范围 c.晶体具有各向异性，非晶体呈各向同性（多晶体也呈各向同性，称“伪各向同性”） 5.晶体与非晶体的相互转化 思考题： 常见的金属基本上都是晶体,但为什么不显示各向同性? §2.2 晶体学基础 §2.2.1 空间点阵和晶胞 1.基本概念 阵点、空间点阵 晶格 晶胞：能保持点阵特征的最基本单元

2.晶胞的选取原则： （1）晶胞几何形状能够充分反映空间点阵的对称性； （2）平行六面体内相等的棱和角的数目最多； （3）当棱间呈直角时，直角数目应最多； （4）满足上述条件，晶胞体积应最小。 3. 描述晶胞的六参数 §2.2.2 晶系和布拉菲点阵 1.晶系 2. 十四种布拉菲点阵 晶体结构和空间点阵的区别 §2.2.3 晶面指数和晶向指数 晶向：空间点阵中各阵点列的方向。 晶面：通过空间点阵中任意一组阵点的平面。 国际上通用米勒指数标定晶向和晶面。 1.晶向指数的标定 (1)建立以晶轴a，b，c为坐标轴的坐标系，各轴上的坐标长度单位分别是晶胞边

蓝宝石晶体材料应用及市场需求分析

蓝宝石晶体材料应用及市场需求分析 蓝宝石晶体材料是蓝宝石单晶体的原材料，是生产LED衬底、蓝宝石视窗等产业的上游产业，因此可分析其下游产业趋势来确定其市场需求。 据预计，未来LED蓝宝石衬底市场需求量年增速超过30%，蓝宝石视窗则受益于新机型屏幕升级和智能穿戴设备的潜在高速增长，全球性的蓝宝石经济即将到来。 LED市场对蓝宝石晶体材料的需求分析 图1 蓝宝石材料的应用及趋势 1）LED衬底 LED是一种节能环保、寿命长和多用途的光源，其能量转换效率大大高于白炽灯和节能灯。衬底材料是半导体照明产业技术发展的基石，不同的衬底材料，需要不同的外延生长技术、芯片加工技术和器件封装技术，衬底材料决定了半导体照明技术的发展路线。 衬底材料的选择取决于很多条件，目前只能通过外延生长技术的变更和器件加工工艺的调整来适应不同衬底上的半导体发光器件的

研发和生产。目前能用于生产的衬底只有三种，即蓝宝石Al2O3衬底和碳化硅SiC衬底以及Si衬底等。蓝宝石的性价比不断提升将成为LED上游衬底材料的最优选择。 由图1所示，LED衬底可应用于照明、信息、笔记本电脑等诸多领域，市场整体保持快速增长，尤其是LED照明市场应用扩张明显，而蓝宝石晶体材料是LED上游衬底材料的最优选择，受其影响，也将迎来高速增长。 蓝宝石由于性能优良是最为理想的衬底材料，并且被广泛应用于光电元件中。蓝宝石的应用领域主要涉及衬底材料，军事、武器方面的应用及消费性电子智能终端等。衬底依旧是蓝宝石的重要应用领域，以LED衬底材料为主。目前来看，蓝宝石衬底材料应用为蓝宝石的最主要应用，按照法国Yole统计，蓝宝石衬底材料应用占比约75%，非衬底材料应用占比约25%。其中衬底材料中主要是半导体照明（LED）衬底材料及SOS相关产品使用，其中LED衬底材料占比约95%以上，可见LED衬底目前是蓝宝石市场的主要驱动力，现在主要应用在LED照明市场。 2、LED照明市场分析 LED应用于照明，是继日光灯、节能灯后的第三次革命。LED 的发光效率，是白炽灯的8倍，是荧光灯的2倍多。LED的光谱中没有紫外线和红外线成分，所以不会发热，不产生有害辐射。而且LED的光通量半衰期大于5万小时，可以正常使用20年，器件寿命一般都在10万小时以上，是荧光灯寿命的10倍，是白炽灯的100倍，LED这种节能、长寿的特性，使其取代其他灯具成为主流照明产品是必然趋势。另一方面，LED在大尺寸光源、景观照明、汽车车灯、低温照明等应用市场将得到进一步发展，逐步成为推动LED市场发

路段通行能力计算方法

根据交叉口的现场交通调查数据，通过各流向流量的构成关系，可推得各路段流量，从而得到饱和度V/C 比。路段通行能力的确定采用建设部《城市道路设计规范》（CJJ 37-90）的方法，该方法的计算公式为：单条机动车道设计通行能力n C N N a ????=ηγ0，其中N a 为车道可能通行能力，该值由设计车速来确定，如表2.2所示。 表2.13 一条车道的理论通行能力 其中γ为自行车修正系数，有机非隔离时取1，无机非隔离时取0.8。η为车道宽度影响系数，C 为交叉口影响修正系数，取决于交叉口控制方式及交叉口间距。修正系数由下式计算： s 为交叉口间距(m)，C 0为交叉口有效通行时间比。 车道修正系数采用表 2.3所示 表2.3 车道数修正系数采用值 路段服务水平评价标准采用美国《道路通行能力手册》，如表2.4所示 表2.4 路段服务水平评价标准

由路段流量的调查结果，并且根据交叉口的间距、路段等级、车道数等对路段的通行能力进行了修正。在此基础上对路段的交通负荷进行了分析。 路段机动车车道设计通行能力的计算如下： δ m c p m k a N N = （1） 式中: m N —— 路段机动车单向车道的设计通行能力（pcu/h ） p N —— 一条机动车车道的路段可能通行能力（pcu/h ） c a —— 机动车通行能力的分类系数，快速路分类系数为0.75；主干道分类 系数为0.80；次干路分类系数为0.85；支路分类系数为0.90。 m k —— 车道折减系数，第一条车道折减系数为 1.0；第二条车道折减系数 为0.85；第三条车道折减系数为0.75；第四条车道折减系数为0.65.经过累加，可取单向二车道 m k ＝1.85；单向三车道 m k ＝2.6；单向四车道 m k ＝3.25； δ—— 交叉口影响通行能力的折减系数，不受交叉口影响的道路（如高架 道路和地面快速路）δ＝1；该系数与两交叉口之间的距离、行车速度、绿信比和车辆起动、制动时的平均加、减速度有关，其计算公式如下： ?+++= b v a v v l v l 2/2///δ （2） l —— 两交叉口之间的距离（m ）； a —— 车辆起动时的平均加速度，此处取为小汽车0.82/s m ； b —— 车辆制动时的平均加速度，此处取为小汽车1.662/s m ； ?—— 车辆在交叉口处平均停车时间，取红灯时间的一半。 Np 为车道可能通行能力，其值由路段车速来确定： 表4.1 Np 的确定

第六章 晶体结构与晶体材料

第六章晶体结构与晶体材料 教学目的： 掌握晶体的概念及晶体结构的特点；掌握晶体的宏观对称性；熟悉晶体的基本性质；了解晶体缺陷的重要性。 教学重点： 晶体材料：石英晶体与压电材料、钛酸钡晶体与非线性光学材料、BGO晶体材料。教学难点： 晶体的对称性与晶系。 第一节晶体的结构特点 一、晶体 晶体是由原子或分子按照一定的周期性规律在空间重复排列而成的固体物质。 二、晶体结构的特点 1. 晶体结构的特点 以NaCl晶体为例讨论晶体结构的特点。 NaCl是食盐的主要成分，市售粗盐经过重结晶可得到纯净、漂亮的NaCl晶体。NaCl晶体呈立方体外形，肉眼可以看到平滑的晶面，尖锐的顶角和笔直的棱边。NaCl晶体整齐的外形反映了晶体的内部结构规整性。用X射线衍射法测定的NaCl的晶体结构，如图6-1所示。 2. 晶胞

晶胞晶胞是晶体的一个基本结构单位，它的形状是一个平行六面体。图 6-1给出了NaCl晶体的一个晶胞，无数的这种晶胞在空间规则地重复排列就形成NaCl晶体。 要确定晶体的结构，首先要知道晶胞的大小和形状，其次要知道晶胞中原子的种类、数目和原子的坐标位置。 晶胞的大小和形状由晶胞参数规定。若把晶胞放在坐标系中，如图6-2所示，它的三条棱边a，b，c和三条棱边两两之间的夹角α，β，γ合称为晶胞参数。如NaCl晶体的晶胞参数为：a=b=c=562.8 pm，α=β=γ=90°，这种晶胞称为立方晶胞。NaCl晶体中Na+与Cl-以离子键结合，所以NaCl晶体称为离子晶体。在NaCl晶体中，一个Na+周围配有6个Cl-(配位数为6)。这6个配位Cl-形成一个八面体，Na+处于八面体的空隙中。同样地，以一个Cl-为中心，周围也配有6个Na+，Cl-也处于Na+的八面体空隙中。由此可见，NaCl只是个化学式，整块NaCl 晶体是个巨大的分子，把NaCl看作一个分子(或分子式)是不确切的。 3. 结构基元 结构基元是指晶体中作周期性规律重复排列的那一部分内容。它是晶体中重复排列的基本单位，必须满足化学组成相同、空间结构相同、排列取向相同和周围环境相同的条件。晶胞中含一个结构基元的称为素晶胞，含2个和2个以上结构基元的称复晶胞。图6-1的NaCl晶胞中含4个Na—Cl结构基元，是面心立方型式的复晶胞。图6-3给出了CsCl晶体和金属钨晶体的晶胞结构。CsCl晶胞中只含1个结构基元(Cs—Cl)，所以是素晶胞，它是立方晶胞，故称为简单立方。

常用晶体材料资料讲解

常用晶体材料

Al2O3晶体 氧化铝晶体（白宝石，蓝宝石， Al2O3）是一种很重要的光学晶体。它具有高硬度、高熔点、高强度、高透过率、耐高温和抗腐蚀的特性，广泛地用于航空航天仪器的红外和紫外的窗口、激光工作窗口、高炉测温窗口以及太阳能电池保护罩和永不磨损手表镜面等。在窗口应用方面，它具有如下优良的特性： (1)光透过范围从300nm到5.5μm (2)3-5μm波段红外透过率大于85% (3)具有高硬度，高透过率,抗挠曲强度和抗风蚀、雨蚀的能力 (4)优良的热传导性能 (5)低散射率0.02在λ=26到31μm，880℃ CaF2晶体 折射率： 仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除谢谢2

MgF2晶体 氟化镁晶体被应用在环境要求很苛刻的光学系统中，它的透过波段为0.11μm--8.5μm。辐照不会导致色心的产生，它有良好的机械性能，可以承受热和机械震动，很大的外力才能使氟化镁解理。氟化镁单晶由于有微弱的双折射性能，通常的切向为光轴垂直于晶片表面。 氟化镁是一种应用很广泛的晶体，具有如下特性： (1)、在真空紫外到红外(0.11～8.5μm)波段有很高的透过率. (2)、抗撞击和热波动以及辐照 (3)、良好的化学稳定性. (4)、可用于光学棱透镜、锲角片、窗口和相关光学系统中 (5)、四方双折射晶体性能，可用于光通讯. (6)、UV 窗口材料 Ba F2 仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除谢谢3

折射率： LiF 氟化锂晶体是一种很重要的光学晶体，它具有如下优良的特性： 1、在真空紫外到红外(0.12-6μm)的波段有很高的透过率，特别是在真空紫外有优良的透过率。 仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除谢谢4

蓝宝石晶体是第三代半导体材料GaN外延层生长最好的衬底材料之一

蓝宝石晶体是第三代半导体材料GaN外延层生长最好的衬底材料之一，其单晶制备工艺成熟。 GaN为蓝光LED制作基材。 一、GaN外延层的衬底材料 1、SiC 与GaN晶格失配度小，只有3.4%，但其热膨胀系数与GaN差别较大，易导致GaN外延层断裂， 并制造成本高，为蓝宝石的10倍。 2、Si 成本低，与GaN晶格失配度大，达到17%，生长GaN比较难，与蓝宝石比较发光效率太低。 3、蓝宝石 晶体结构相同（六方对称的纤锌矿晶体结构），与GaN晶格失配度大，达到13%，易导致GaN 外延层高位错密度（108—109/cm2）。为此，在蓝宝石衬底上AlN或低温GaN外延层或SiO2层等，先进方法可使GaN外延层位错密度达到106/cm2水平。 二、蓝宝石、GaN的品质对光致发光的影响 蓝宝石单晶生长技术复杂，获得低杂质、低位错、低缺陷的单晶比较困难。蓝宝石单晶质量对GaN外延层的质量有直接的影响，其杂质和缺陷会影响GaN外延层质量，从而影响器件质量（发 光效率、漏电极、寿命等）。 蓝宝石单晶的位错密度一般为104/cm2数量级，它对GaN外延层位错密度（108—109/cm2）影 响不大。 三、蓝宝石衬底制作 主要包括粘片、粗磨、倒角、抛光、清洗等，将2英寸蓝宝石衬底由350—450μm（4英寸600μm 左右）减到小于100μm（4英寸要厚一些） 四、蓝宝石基板 市场上2英寸蓝宝石基板的主要技术参数： 高纯度—— 99.99%以上（4—5N） 晶向——主要是C面，C轴（0001）±0.3° 翘曲度——20μm 厚度——330μm—430μm±25μm 表面粗糙度—— Ra<0.3nm 背面粗糙度——Ra<1μm（不是很严格） yq_chu666 at 2010-7-06 08:53:02 这是美国公司的要求吧？ 如何降低翘曲、弯曲呀？ ljw.jump at 2010-7-06 16:41:37 国内做蓝宝石的厂家我知道有个不错的，在安徽吧 qw905 at 2010-7-06 18:26:50 还是哈工大与俄罗斯合作的泡生法-钻孔取棒最成功！ qw905 at 2010-7-06 18:29:06 一篇蓝宝石研发总结 藍寶石單晶生長技術研發Sapphire Crystal Instruction.pdf (2010-07-06 18:29:06, Size: 1.67 MB, Downloads: 28) HP-led at 2010-7-20 12:00:50 在云南，不过他去年不咋地，今年慢慢恢复生产

常用晶体材料

氧化铝晶体（白宝石，蓝宝石，Al2O3）是一种很重要的光学晶体。它具有高硬度、高熔点、高强度、高透过率、耐高温和抗腐蚀的特性，广泛地用于航空航天仪器的红外和紫外的窗口、激光工作窗口、高炉测温窗口以及太阳能电池保护罩和永不磨损手表镜面等。在窗口应用方面，它具有如下优良的特性： (1)光透过范围从300nm到5.5μm (2)3-5μm波段红外透过率大于85% (3)具有高硬度，高透过率,抗挠曲强度和抗风蚀、雨蚀的能力 (4)优良的热传导性能 (5)低散射率0.02在λ=26到31μm，880℃ CaF2晶体 氟化钙晶体是一种很重要的光学晶体，它具有如下优良的特性： 折射率：

氟化镁晶体被应用在环境要求很苛刻的光学系统中，它的透过波段为0.11μm--8.5μm。辐照不会导致色心的产生，它有良好的机械性能，可以承受热和机械震动，很大的外力才能使氟化镁解理。氟化镁单晶由于有微弱的双折射性能，通常的切向为光轴垂直于晶片表面。 氟化镁是一种应用很广泛的晶体，具有如下特性： (1)、在真空紫外到红外(0.11～8.5μm)波段有很高的透过率. (2)、抗撞击和热波动以及辐照 (3)、良好的化学稳定性. (4)、可用于光学棱透镜、锲角片、窗口和相关光学系统中 (5)、四方双折射晶体性能，可用于光通讯. (6)、UV 窗口材料 BaF2

折射率： LiF 氟化锂晶体是一种很重要的光学晶体，它具有如下优良的特性： 1、在真空紫外到红外(0.12-6μm)的波段有很高的透过率，特别是在真空紫外有优良的透过率。 材料性能： YVO4晶体 钒酸钇晶体是一种具有优良的物理和光学特性的双折射单晶。由于它具有较大的透过范围、透光度高、大的双折射、易于加工等特点，所以广泛应用于光学组件如光纤光隔离器、环形器、分光

路区间通过能力计算办法

路区间通过能力计算办法 1984年10月1日，铁道部 第一章总则 第1条为了保证铁路完成和超额完成不断增长的运输任务，以适应国民经济发展和国防建设对铁路运输的需要，铁路必须大力加强运输组织工作，采取有效措施，积极提高铁路线路通过能力。 铁路线路通过能力，是根据现有技术设备、行车组织方法及规定的技术作业过程确定的在一昼夜内所能通过的最大列车对数或列数。 铁路线路通过能力，系按区间、车站、机务段设备和整备设备、车站给水设备、电气化铁路的供电设备分别确定，以其中最小的通过能力，作为该区段的限制通过能力。 为了计算铁路区间通过能力，本办法规定了铁路区间通过能力的计算办法。 第2条铁路区间通过能力，是指每一区间在一昼夜内所能通过的列车数量（列数或对数）。 区间通过能力的大小，在一定的行车组织条件下，主要取决于正线数目、区间长度、线路纵断面、信联闭设备、牵引机车类型和列车运行速度等因素。 第3条计算区间通过能力时，应先计算平行运行图通过能力，再计算非平行运行图通过能力。 平行运行图通过能力，一般应按货物列车对数或列数计算；非平行运行

图通过能力，系在规定旅客列车数量的基础上，以扣除系数的方法计算出旅客列车和货物列车的对数或列数。 第4条铁路区间通过能力，由各铁路局或分局负责计算，并填制区间通过能力计算表及区间通过能力汇总表，经铁路局审核后报铁道部运输局。 第5条本办法系根据我国铁路现有技术设备条件及多年来编制和执行列车运行图的经验，规定了铁路区间通过能力的一般计算方法。个别特殊情况，由铁路局根据具体情况和特点，进行图解和计算。 第二章平行运行图区间通过能力 第6条平行运行图区间通过能力，应分别对区段内每一区间计算。运行图周期最大的区间通过能力，即为该区段的限制区间通过能力。 运行图周期，是指一定类型运行图的一组列车占用区间的总时间。其组成因素，在非自动闭塞区段包括：列车区间运行时分，起停车附加时分及列车在车站的间隔时间。在自动闭塞区段为追踪列车间隔时间。 平行运行图区间通过能力的基本关系式如下： 1440 Ｎ＝―――― (1) Ｔ周 式中：Ｎ――平行运行图通过能力（对数或列数）； 1440――一昼夜时分； Ｔ周――运行图周期。 电力牵引区段，由于每日须进行接触网检修，因此，其计算公式为：