蓝宝石晶体具有良好的机械性能、光学性能和化学稳定性。蓝宝石晶体在国防、半导体、集成电路等众多领域得到广泛应用。蓝宝石晶体材料因为现代科学技术不断的发展提出新的要求。目前高品质、低成本地生长大尺寸蓝宝石晶体已成为科学研究新热点。利用数值模拟技术获取制备蓝宝石的一些重要的信息，再结合实验确定完整的蓝宝石晶体生长所需求的条件，这样可以有效实现节约时间、降低成本、实现低能耗和提高晶体质量的目的。　　本文通过对多种蓝宝石晶体生长方法进行对比，选择对泡生法蓝宝石晶体生长进行重点研究。通过对蓝宝石热场设计，结合传热学和晶体生长学，构建泡生法蓝宝石晶体生长的热场数学模型和晶体生长的物理模型，确定了晶体生长的边界条件。通过Ansys对泡生法晶体生长的热场温度分布、生长工艺对晶体生长的影响、泡生法蓝宝石晶体生长热场优化、晶体生长坩埚热应力分析进行了数值模拟。　　研究发现蓝宝石晶体生长的热场对蓝宝石质量有重要的影响。热场温度分布，确定了晶体生长温度梯度，较大轴向温度梯度可以加快晶体生长速率，较大径向温度梯度有利于促进微凸体形成，有利于晶体放肩。热场设计不当会导致温度梯度过大，会出现晶体内热应力过大，出现晶体开裂、位错、粘锅等缺陷，严重影响了蓝宝石晶体的品质。　　研究还发现蓝宝石晶体生成还与生长晶体时工艺参数有关。通过对晶体生长过程中热场进行瞬态传热分析，对其影响因素通过控制变量法进行模拟仿真，计算得出晶体温度分布情况。分析显示:晶体温度场与加热温度和热交换器参数有关;合理降低加热温度，减小热交换器液体温度和增大换热系数有利于晶体快速稳定生长。　　针对蓝宝石单晶生长过程中因热应力集中坩埚使用寿命短问题，基于ANSYS有限元分析，对晶体熔化过程中的坩埚进行瞬态传热分析，在此基础上进行不同情况下热—结构耦合分析，计算得出晶体完全熔化后坩埚的热应力分布情况。分析显示:最大热应力存在于坩埚与托盘结合处;在满足晶体生长条件下，减缓升温速度，减小温度梯度，增大托杆中间空隙，改变托盘托杆材料等方法可以减小热应力。　　最后，优化了蓝宝石晶体生长的热场设计，对炉体的结构和晶体生长工艺参数做出调整，进行了泡生法蓝宝石晶体生长的大量实验，将数值模拟与晶体实验进行了对比，并成功生长出了大尺寸、高品质的蓝宝石晶体，充分验证了数值模拟和理论分析所得出的结果。