X射线衍射法测量蓝宝石单晶残余应力的研究

摘要

蓝宝石单晶具有特殊的晶体结构，决定其具备优异的力学、光学和化学等性能，广泛应用在军事和民用领域。但在蓝宝石单晶的生长、加工和使用过程中，产生的残余应力会引入微裂纹、位错等缺陷，制约了其使用性能。特别是作为光学窗口材料，在振动环境下，使材料发生低应力脆性断裂，导致灾难性的后果。因此，开展蓝宝石单晶残余应力的研究，具有十分重要的意义。
　　目前，X射线衍射法是测量单晶材料残余应力的主要方法，具有无损、快捷、高精度等优点。本文选择用L-XRD应力衍射仪测量的极图计算蓝宝石单晶的残余应力。探究和分析多重线性回归方法测量蓝宝石单晶残余应力的理论过程；通过测量单晶铁和单晶硅的残余应力，验证多重线性回归方法的正确性；通过误差、方差分析晶面组数以及晶面族对测量结果的影响；用多重线性回归法计算蓝宝石单晶的残余应力。
　　实验结果表明：多重线性回归方法不需要知道材料无应力下的点阵常数d0和布拉格衍射角2θ0的精确值，避免d0和2θ0的不精确性带来的误差，提高该方法的精确性；L-XRD应力衍射仪测量单晶铁和单晶硅的残余应力数据与多重线性回归方法计算数据在误差范围内相符，原理推导正确；多重线性回归方法测定单晶残余应力至少需要4个晶面组数，当晶面组数大于等于6时，计算结果趋于稳定。多重线性回归方法计算蓝宝石单晶的残余应力，{330}晶面族计算结果为11σ=-241.7766MPa，σ12=-1487.6718MPa，σ22=-3394.2589MPa；{4010}计算结果为σ11=-253.0348MPa，σ12=-1439.0512MPa，σ22=-3330.1074MPa，2θ0=143.0012°。

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第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 蓝宝石单晶生长与应用

1.3 蓝宝石单晶中残余应力的来源

1.4 单晶体材料残余应力测量技术发展现状

1.5 蓝宝石单晶残余应力测量方法的选择

1.6 本文主要研究内容

第2章 试样制备与实验仪器

2.1 试样材料

2.2 试样制备

2.3 实验仪器及内容

第3章 多重线性回归方法理论研究

3.1 引言

3.2 极图

3.3 多重线性回归方法原理研究

3.4 本章小结

第4章 原理验证及测试方法精确性分析

4.1 引言

4.2 测定单晶铁的残余应力

4.3 选择{2010}晶面族测量单晶硅的残余应力

4.4 改变检测点选择{2010}晶面族测单晶硅的残余应力

4.5 选择{217}晶面族测量单晶硅的残余应力

4.6 选择{214}晶面族测量单晶硅的残余应力

4.7 选择{218}晶面族测量单晶硅的残余应力

4.8 晶面族对测量结果的影响

4.9 本章小结

第5章 蓝宝石单晶残余应力的测量

5.1 引言

5.2 选择{330}晶面族测量蓝宝石单晶的残余应力

5.3 选择{4010}晶面族测量蓝宝石单晶的残余应力

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其他成果

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致谢