藍寶石晶體生長方法概論-課程小論(已修改)
2025-01-20 10:45 本頁面
【正文】 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： 年 月 1 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 （ Al2O3）。藍色的藍 寶石 ，是由于其中混有少量 鈦 （ Ti）和 鐵 （ Fe）雜質(zhì)所致；藍寶石的顏色，可以有粉紅、黃、綠、白、甚至在同一顆石有多種顏色。 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 雙晶面 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 (αAl2O3)，是由三個氧原子和兩個鋁原子 以共價鍵型式結合而成，其晶體結構為六方晶格結構，如圖 4 所示。就顏色而言，單純的氧化鋁結晶是呈現(xiàn)透明無色的，因不同顯色元素離子滲透于生長中的藍寶石，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時，晶體內(nèi)含有鈦離子 (Ti3+)與鐵離子 (Fe3+)時，會使晶體呈現(xiàn)藍色，而成為藍色藍寶石(Blue Sapphire)。當晶體內(nèi)含有鉻離子 (Cr3+)時，會使晶體呈現(xiàn)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。 2 圖 2 Al2O3分子結構圖 及 藍寶石晶體結構上視圖 圖 3 藍寶石晶體結構側視圖 及 藍寶石晶體切面圖 圖 4 藍寶石結晶面示意圖 3 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 ―日內(nèi)瓦紅寶石 ‖，迄今人工生長藍寶石的研究已有100 多年的歷史。在此期間，為了適應科學技術的發(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理論進行了大量的研究，成果顯著。至今已具有較高的技術水平和較大的生產(chǎn)能力，為之配套服 務的晶體生長設備 ——單晶爐也隨之得到了飛速的發(fā)展 。晶體尺寸從 2 寸 擴大到目前的 12 寸 。 如圖 5 所示，為 大尺寸 藍寶石晶體的生長技術發(fā)展示意圖。 圖 5 藍寶石晶體的生長技術發(fā)展 藍寶石單晶因其優(yōu)良的綜合性能而成為最重要的中紅外光學材料之一，在軍民兩用中都具有廣泛的應用前景 [1]。 低成本、高質(zhì)量地生長大尺寸藍寶石單晶已成為當前面臨的迫切任務?？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，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 晶體生長方式。目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正屬于一個處于正在發(fā)展的極端，由于晶體生長技術的 保密性，其多數(shù)晶體生長設備都是根據(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。 4 泡生法 泡生法 簡稱 KY法 [23]， 是 Kyropoulos于 1926年首先提出并用于晶體的生長，此后相當長的一段時間內(nèi)，該方法都是用于大尺寸 鹵族晶體、氫氧化物和
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