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摘要
连续拉晶用石英坩埚的内壁会随拉晶次数的增多而形成更多的气泡，易在晶体中产生位错和侵蚀性硅熔体，导致坩埚随时间溶解和腐蚀等。为研究侵蚀性硅熔体与气泡相互作用对坩埚的影响，研究人员期望对石英坩埚的性能进行原位观察，然而，单晶炉内的极端高温环境使得很难通过实验手段对其内部进行研究。本文以石英坩埚内表面气孔-裂纹为研究对象，采用有限元模拟获得了高温循环载荷下石英坩埚不同气孔形态、裂纹形状和裂纹倾斜角度的各拉晶阶段应力强度因子（KⅠ、KⅡ、KⅢ）,分析了总应力强度因子的分布规律。结果表明：随着裂纹倾斜角的增加，KΙ值呈现逐渐减小的趋势，KⅢ值呈现先增大后减小的趋势，且KⅢ值沿倾斜角45°对称；随气孔深径比增大，KΙ值呈现减小趋势，且减小速率以深径比等于1为界有明显的增大，KⅢ?KΙ,说明裂纹主导形式为Ⅰ型；裂纹形状比对KΙ或KШ值影响显著，形状比越小，裂纹尖端应力强度因子值越大；当倾斜角为0°时，总应力强度因子K值最大，此时裂纹扩展趋势最强，对石英坩埚危害最高；此外，连续拉晶下放肩阶段的总应力强度因子总是大于等径、收尾、冷却阶段。仿真结果对实际生产有一定的理论指导意义。
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