由于蓝宝石晶体良好的光学特性、稳定的化学结构和较强的机械强度,使其广泛应用于卫星空间技术、红外军事装置、高强度激光的窗口等军事领域;因其晶格常数与GaN接近,生长工艺成熟,使蓝宝石单晶广泛应用于SOS微电子电路、LED灯珠等衬底行业;因其硬度高、介电常数符合电容屏要求,使蓝宝石单晶应用于可穿戴设备窗口领域;又因其原子能级跃迁的特殊性质,使掺钛蓝宝石单晶应用于高功率激光器增益介质。随着这些行业的快速发展,蓝宝石的需求量日益增加,生长大尺寸、高质量蓝宝石单晶变得尤为迫切。因此,大尺寸蓝宝石泡生单晶炉温场的研究具有重大的应用价值。本论文利用CGSim模拟软件,并结合实际长晶实验的结果,探究了单晶炉温场老化的原因。利用金相显微镜、扫描电子显微镜(SEM)和干涉仪测试老化单晶炉钼屏的成分、微结构和反射率,结果表明单晶炉上、中、下层钼屏老化的机理明显不同:上部钼屏老化的机理是由于钼屏长期工作在低温区而被Al、O、Mo、W等挥发物附着,形成凸凹不平、大小不一的黑色附着物,吸附在钼屏表面的黑色挥发物改变了钼屏的反射率,降低了其保温效果;中部钼屏因工作区域温度没有达到其最高工作温度,表面形貌变化不大,反射率也没有太多变化;下层钼屏由于长期工作在高温区而造成钼元素挥发,在其表面形成了许多方向混乱、大小不一的微镜面,因微镜面的散射而降低钼屏的保温效果。将测得老化温场钼屏各部分反射率的结果导入计算机,模拟计算发现,由于钼屏保温效果改变,其温场温度梯度、固液面、熔体液流也发生了改变。通过实验长晶,晶体品质检测,发现与原温场对比晶体品质出现严重下降。利用蓝宝石单晶模拟软件CGSim,研究了氧化锆、氧化铝和金属组合温场的性能。首次提出了下部由钼屏与锆石结合、侧部由钼屏与氧化铝结合的保温系统。模拟结果显示:在保持侧屏厚度不变的情况下,将等厚度的钼屏更替为氧化铝后,温场的保温效果反而变差;在保证内部钼屏层数不变的情况下,不断增加锆石或氧化铝厚度,温场保温效果明显增强,功耗下降。但增加到一定厚度后,功耗下降趋缓。通过模拟相同温场构造、不同坩埚尺寸的单晶炉温场,探究120kg、200kg和300kg级的温场性能,结果显示:随着坩埚尺寸的增大,温场的保温效果变差、功耗增加;生长角变大、应力变大并出现应力富集现象;温度梯度减小;熔体液流保持不变。设计大尺寸单晶炉时,增强侧保温和下保温效果,扩大引晶与晶体交界面,防止应力富集现象出现。