蓝宝石晶体具高的红外透过率、机械强度,耐高温(熔点达2050℃),热膨胀系数小,导热率大,良好的化学稳定性,耐辐射等综合性能,广泛应用于国防、航空航天及民用领域。改进热交换法生长蓝宝石具有温场稳定、坩埚内部温度梯度小、控制精度与自动化程度高等优点。但和其他熔体法生长蓝宝石一样,晶体中也存在气泡。气泡的存在,引起光散射而降低影响晶体的光透过性能,而且会导致其它微观缺陷的形成,降低晶体性能,严重限制蓝宝石晶体的应用。因此,开展降低蓝宝石晶体中气泡的密度和尺寸研究,有着重要的理论意义和实际应用价值。论文分析了蓝宝石晶体生长系统中气泡的来源及蓝宝石晶体中气泡的形成机理,建立了非强迫对流条件下,熔体法生长蓝宝石晶体中气泡形成的动力学模型,揭示了气泡临界尺寸的影响因素。结果表明：蓝宝石晶体中气泡的来源为高温生长条件下各组件材料产生的蒸气压、炉内的环境气氛及它们之间发生反应产生的气体。蓝宝石晶体中生长过程中,气泡的临界直径与生长角余弦的1/2次方成反比,与固液界面附近熔体的温度梯度、对流速度的1/2次方成正比。通过建立数值模拟模型,计算分析了蓝宝石晶体生长系统的温场,通过采用直筒加热器、三层等厚的碳毡、调控坩埚在温场中的位置,能有效的降低坩埚内部的温度梯度与熔体的对流速度,从而降低蓝宝石晶体中气泡的尺寸数值模拟与实验对比研究表明：在引晶部位存在尺寸较大的气泡,随着晶体生长的进行,固液界面处的熔体温度梯度和对流速度逐步降低,气泡的尺寸和密度逐步减小。根据数值模拟与实验研究结果,优化了蓝宝石晶体生长系统的温场,降低了晶体中气泡的尺寸和密度,提高了晶体的光学质量。