蓝宝石因其卓越的物理化学性质,在航天、军事、民用等方面均得到广泛的应用。泡生法是目前生长蓝宝石单晶的一种重要方法。本文对泡生法生长蓝宝石单晶进行了数值模拟,为单晶炉体结构的优化和晶体生长工艺参数的调整提供理论上的指导。计算分析了蓝宝石晶体的温度场分布规律与炉体结构的关系。分析顶部保温屏的层数、侧壁保温屏的层数、反射屏开口半径大小等对热场的影响,得到了炉体各项结构参数与温度分布和温度梯度的变化关系。模拟结果表明,适当减少顶部保温屏层数,增大反射屏开口,可以增加晶体径向温度梯度；适当增加顶部保温屏层数,增大反射屏开口,可减小晶体轴向温度梯度；而侧壁屏层数几乎无影响。仿真计算了晶体不同生长阶段晶体熔体中的温度场和流场,并对仿真结果进行了分析。模拟结果显示,温度场呈现中心低边缘高、上低下高的分布,晶颈部分等温线较为密集,晶身部分较稀疏,熔体中的等温线受熔体流动影响,分布较为复杂。在放肩阶段,熔体极易出现双涡旋；进入等径阶段,坩埚内熔体流动轨迹变为单涡旋。结合蓝宝石单晶生长的实验,利用便携式光纤辐射测温系统,测量实际温度,与模拟结果进行对比验证。模拟计算了固液界面的形状和温度梯度,探讨分析了生长速率对放肩和等径阶段蓝宝石生长的影响。结果表明,固液界面凸出度在放肩阶段较大,在等径阶段凸出度较小。在合理速率范围内,放肩阶段0.5-2 mm/h,等径阶段2-5 mm/h,固液界面处温度梯度和固液界面形变均随速率的增大而减小,随着晶体生长,生长速率对固液界面的影响越来越大。进行长晶实验,对实验中出现宏观缺陷的晶体进行分析,发现产生开裂的主要原因是温场中温度梯度过大,粘锅现象主要是由于温场不对称。结合模拟分析结果,优化炉体结构,并有效调节长晶工艺,成功生长出质量较好的蓝宝石单晶。对改进后生长的晶体进行了微观特性表征,结果表明改进后蓝宝石晶体具有很好的红外透过率,较高的晶格完整性以及较低的位错密度。