硅酸盐学报

温度不均匀引起KDP晶体开裂的实验与模拟

作者：黄萍萍1 2 王端良1 2 李伟东1 2 刘慧1 2 刘光霞3 王圣来1 2

单位：1. 山东大学晶体材料国家重点实验室济南 250100 2. 功能晶体材料及器件教育部重点实验室山东大学济南 250100 3. 山东省科学院能源研究所济南 250104

分类号：O765

出版年,卷(期):页码：2018,46(7):0-0

DOI：

摘要：

KDP(KH2PO4)晶体内部温度不均匀可能导致其开裂。采用降温实验和有限元计算研究了直径为30~40 mm的KDP晶体内部温度分布、应力与开裂的关系。结果表明：晶体开裂发生在降温早期(10~150 s)，晶体主裂纹平行于(100)面或(001)面，表面裂纹遍布于晶体的多个表面，高宽比大的晶体更倾向于产生(001)面裂纹。模拟发现，当晶体内温差超过4 ℃时，其内部最大热应力接近晶体断裂强度，晶体有开裂的可能。4个晶体样品开裂时刻的应力分别为4.76、5.36、7.69、5.74 MPa，与断裂强度6.67 MPa相当；应力最大值出现在晶体底面棱中点或柱面棱中点，与晶体实际开裂的起始点一致。

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参考文献：

[1] DEYOREO J J, BURNHAM A K, WHITMA P K. Developing KH2PO4 and KD2PO4 crystals for the world's most power laser[J]. Int Mater Rev, 2002. 47(3): 113–152.

[2] 朱忠丽, 常晶晶, 葛建军, 等. NaY(WO4)2晶体生长与开裂分析[J]. 长春理工大学学报, 2004, 27(2): 89–91.

ZHU Zhongli, CHANG Jingjing, GE J J, et al. J Changchun Univ Sci Technol (in Chinese), 2004, 27(2): 89–91.

[3] 胡克艳, 徐军, 唐慧丽, 等. 掺碳钛宝石晶体定向开裂的机理研究[J]. 物理学报, 2012, 61(24): 310–316.

HU Keyan, XU Jun, TANG Huili, et al. Acta Phys Sin (in Chinese), 2012, 61(24): 310–316.

[4] 陈洪建, 刘维娜, 李日, 等. 钨钼复合热屏对泡生法生长蓝宝石晶体质量的影响[J]. 硅酸盐学报, 2016, 44(4): 532–539.

CHEN Hongjian, LIU Weina, LI Ri, et al. J Chin Ceram Soc, 2016, 44(4): 532–539.

[5] FANG H S, WANG S, JIN Z L, et al. Cracking analysis and three-dimensional effects during Kyropoulos sapphire growth[J]. Cryst Res Technol, 2013, 48(9): 649–657.

[6] ZHANG H, ZHENG L, FANG H. Hot zone design for controlled growth to mitigate cracking in laser crystal growth[J]. J Cryst Growth, 2011, 318(1): 695–699.

[7] 孙云, 王圣来, 顾庆天, 等. 硫酸盐掺杂导致KDP晶体开裂的研究[J]. 功能材料, 2012, 43 (2): 217–221.

SUN Yun, WANG Shenglai, GU Qingtian, et al. J Funct Mater (in Chinese), 2012, 43(2): 217–221.

[8] 葛培琪, 袁方方, 高玉飞, 等. KDP晶体杂质对生长及出槽应力分布的影响[J]. 人工晶体学报, 2012, 41(05): 1180–1185.

GE Peiqi, YUAN Fangfang, GAO Yufei, et al. J Synth Cryst (in Chinese), 2012, 41(05): 1180–1185.

[9] 袁方方, 葛培琪, 高玉飞, 等. KDP晶体缺陷对生长应力分布的影响[J]. 人工晶体学报, 2011, 40(06): 1435–1439+1445.

YUAN Fangfang, GE Peiqi, GAO Yufei, et al. J Synth Cryst (in Chinese), 2011, 40(06): 1435–1439+1445.

[10] 张强勇, 张宁, 王圣来, 等. KDP晶体力学参数测试与分析[J]. 人工晶体学报, 2009, 38(6): 1313–1319.

ZHANG Qiangyong, ZHANG Ning, WANG Shenglai, et al. J Synth Cryst (in Chinese), 2009, 38(6): 1313–1319.

[11] LUBIN O, GOUEDARD C. Modeling of the effects of KDP crystals gravity sag on third harmonic generation[J]. Proc SPIE, 1999, 3492(1): 802–808.

[12] NIKOGOSYAN David N. 非线性光学晶体—一份完整的总结[M]. 王继扬译. 第1版. 北京: 高等教育出版社, 2009: 139–141.

NIKOGOSYAN David N. Nonlinear Optical Crystals: A Complete Survey[M]. WANG J Y, translator. First edition. Beijing: Higher Education Press, 2009: 139–141.

[13] 张宁, 张强勇, 王圣来, 等. 大尺寸KDP晶体出槽力学效应数值模拟分析研究[J]. 功能材料, 2011, 42(12): 2133–136.

ZHANG Ning, ZHANG Qiangyong, WANG Shenglai, et al. J Funct Mater (in Chinese), 2011, 42(12): 2133–2136.

[14] GUIN Chan Hai, KATRICH M D. SAVINKOV A I, et al. Plastic strain and dislocation structure of the KDP group crystals[J]. Kristall und Technik, 1980, 15(4): 479–488

[15] MIYAZAKI N. Development of a thermal stress analysis system for anisotropic single crystal growth[J]. J Cryst Growth, 2002, 236(1/3): 455–465

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