藍寶石晶體生長方法概論-課程小論文

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1、藍寶石晶體生長方法概論（小論文）學生專業(yè)：學生學號：學生姓名：任課教師：藍寶石(Sapphire)是剛玉寶石中除紅色的紅寶石之外，其它顏色剛玉寶石的通稱，主要成分是氧化鋁(A12O3)。藍色的藍寶石，是由于其屮混有少量鈦(Ti)和鐵(Fe)雜質(zhì)所致；藍寶石的顏色，可以有粉紅、黃、綠、白、甚至在冋一顆石有多種顏色。藍寶石最大的特點是顏色不均，可見平行六方柱面排列的，深淺不同的平直色帶和生長紋。聚片雙晶發(fā)育，常見百葉窗式雙晶紋。裂理多沿雙晶而裂開。二色性強，世界不同產(chǎn)地的藍寶石除上述共同的特點之外，亦因產(chǎn)地不同各具特色。藍寶石的產(chǎn)地在泰國、斯里蘭卡、馬達加斯加、老撾、柬埔寨、中國山東昌樂，海

2、南，重慶江津的石筍山均有發(fā)現(xiàn)，其中最稀有的產(chǎn)地應(yīng)屬于克什米爾地區(qū)的藍寶石，而緬甸是現(xiàn)今出產(chǎn)上等藍寶石最多的地方。如圖1所示為藍寶石晶體。圖1藍寶石晶體藍寶石晶體的化學成分為氧化鋁(ot-Al203),是由三個氧原子和兩個鋁原子以共價鍵型式結(jié)合而成，其晶體結(jié)構(gòu)為六方晶格結(jié)構(gòu)，如圖2、3、4所示。就顏色而言，單純的氧化鋁結(jié)晶是呈現(xiàn)透明無色的，因不同顯色元素離子滲透于生長屮的藍寶石，因而使藍寶石顯出不同的顏色。在自然界中當藍寶石在生長吋，晶體內(nèi)含有鈦離子(Ti3+)與鐵離子(Fe，吋，會使晶體呈現(xiàn)藍色，而成為藍色藍寶石(BlueSapphire)o當晶體內(nèi)含有鉻離子(Cr3_)時，會使晶體呈現(xiàn)

3、紅色，而成為紅寶石(Ruby)。又當晶體內(nèi)含有鎳離子(Ni3,時，會使晶體呈現(xiàn)黃色，而成為黃色藍寶石。nllK圖2Al2O3分子結(jié)構(gòu)圖及藍寶石晶體結(jié)構(gòu)上視圖閣3藍寶石晶體結(jié)構(gòu)側(cè)視圖及藍寶石晶體切面圖(m)(0001)圖4藍寶石結(jié)晶iki示意圖1藍寶石晶體的生長方法自1885年由Fremy、Feil和Wyse利用氫氧火焰熔化天然紅寶石粉末與重鉻酸鉀而制成了當時轟動一時的“円內(nèi)沉紅寶石”，迄今人工生長藍寶石的研究己有100多年的歷史。在此期間，為了適應(yīng)科學技術(shù)的發(fā)展和工業(yè)生產(chǎn)對于藍寶石晶體質(zhì)量、尺寸、形狀的特殊要求，為了提高藍寶石晶體的成品率、利用率以及降低成本，對藍寶石的生長方法及其相關(guān)理

4、論進行了大量的研究，成果顯著。至今己具有較高的技術(shù)水平和較大的生產(chǎn)能力，為之配套服務(wù)的晶體生長設(shè)備——單晶爐也隨之得到了飛速的發(fā)展。晶體尺寸從2寸擴大到H前的12寸。如圖5所示，為大尺寸藍寶石晶體的生長技術(shù)發(fā)展示意圖。大尺寸藍寶石晶體的生長技術(shù)發(fā)展189019701980199020002010圖5藍寶石晶體的生1<:技術(shù)發(fā)展藍寶石單晶因其優(yōu)良的綜合性能而成為最重耍的中紅外光學材料之一，在軍民兩用中都具有廣泛的應(yīng)用前景［1］。低成本、高質(zhì)量地生長大尺寸藍寶石單晶己成為當前面臨的迫切任務(wù)?？傮w說來，藍寶石晶體生長方式可劃分為溶液生長、熔體生長、氣相生長三種，其中熔體生長方式因具有生長速率快

5、，純度高和晶體完整性好等特點，而成為是制備大尺寸和特定形狀晶體的最常用的晶體生方式。H前人工生長藍寶石晶體的方法主要有焰熔法、提拉法、區(qū)熔法、導模法、坩堝移動法、熱交換法、溫度梯度法、泡生法等。而泡生法工藝生長的藍寶石晶體約為目前市場份額的70%。LED藍寶石襯底晶體技術(shù)正屬于一個處于正在發(fā)展的極端，由于晶體生長技術(shù)的保密性，蘇多數(shù)晶體生長設(shè)備都是根據(jù)客戶要求按照工藝特點定做。下面簡要介紹六種目前國際上主流的藍寶石晶體生長方法。1藍寶石晶體的生長方法自1885年由Fremy、Feil和Wyse利用氫氧火焰熔化天然紅寶石粉末與重鉻酸鉀而制成了當時轟動一時的“円內(nèi)沉紅寶石”，迄今人工生長藍寶

6、石的研究己有100多年的歷史。在此期間，為了適應(yīng)科學技術(shù)的發(fā)展和工業(yè)生產(chǎn)對于藍寶石晶體質(zhì)量、尺寸、形狀的特殊要求，為了提高藍寶石晶體的成品率、利用率以及降低成本，對藍寶石的生長方法及其相關(guān)理論進行了大量的研究，成果顯著。至今己具有較高的技術(shù)水平和較大的生產(chǎn)能力，為之配套服務(wù)的晶體生長設(shè)備——單晶爐也隨之得到了飛速的發(fā)展。晶體尺寸從2寸擴大到H前的12寸。如圖5所示，為大尺寸藍寶石晶體的生長技術(shù)發(fā)展示意圖。大尺寸藍寶石晶體的生長技術(shù)發(fā)展189019701980199020002010圖5藍寶石晶體的生1<:技術(shù)發(fā)展藍寶石單晶因其優(yōu)良的綜合性能而成為最重耍的中紅外光學材料之一，在軍民兩用中都

7、具有廣泛的應(yīng)用前景［1］。低成本、高質(zhì)量地生長大尺寸藍寶石單晶己成為當前面臨的迫切任務(wù)。總體說來，藍寶石晶體生長方式可劃分為溶液生長、熔體生長、氣相生長三種，其中熔體生長方式因具有生長速率快，純度高和晶體完整性好等特點，而成為是制備大尺寸和特定形狀晶體的最常用的晶體生方式。H前人工生長藍寶石晶體的方法主要有焰熔法、提拉法、區(qū)熔法、導模法、坩堝移動法、熱交換法、溫度梯度法、泡生法等。而泡生法工藝生長的藍寶石晶體約為目前市場份額的70%