藍(lán)寶石晶體生長(zhǎng)方法概論-課程小論(已修改)
2025-01-20 10:45 本頁(yè)面
【正文】 藍(lán)寶石晶體生長(zhǎng)方法概 論 （小論文） 學(xué)生專業(yè)： 學(xué)生學(xué)號(hào)： 學(xué)生姓名： 任課教師： 年 月 1 藍(lán)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(lán)色的藍(lán) 寶石 ，是由于其中混有少量 鈦 （ Ti）和 鐵 （ Fe）雜質(zhì)所致；藍(lán)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(lán)寶石最大的特點(diǎn)是顏色不均，可見(jiàn)平行六方 柱面 排列的，深淺不同的平直色帶 和生長(zhǎng)紋。聚片雙晶發(fā)育，常見(jiàn) 百葉窗 式 雙晶紋 。裂理多沿 雙晶面 裂開(kāi)。 二色性 強(qiáng)，世界不同產(chǎn)地的藍(lán)寶石除上述共同的特點(diǎn)之外，亦因產(chǎn)地不同各具特色。藍(lán)寶石的產(chǎn)地在 泰國(guó) 、 斯里蘭卡 、 馬達(dá)加斯加 、 老撾 、 柬埔寨 、 中國(guó) 山東 昌樂(lè) ，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(yīng)屬于 克什米爾 地區(qū)的藍(lán)寶石，而 緬甸 是現(xiàn)今出產(chǎn)上等藍(lán)寶石最多的地方。 如圖 1 所示為藍(lán)寶石晶體。 圖 1 藍(lán)寶石晶體 藍(lán)寶石晶體的化學(xué)成分為氧化鋁 (αAl2O3)，是由三個(gè)氧原子和兩個(gè)鋁原子 以共價(jià)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 4 所示。就顏色而言，單純的氧化鋁結(jié)晶是呈現(xiàn)透明無(wú)色的，因不同顯色元素離子滲透于生長(zhǎng)中的藍(lán)寶石，因而使藍(lán)寶石顯出不同的顏色。在自然界中當(dāng)藍(lán)寶石在生長(zhǎng)時(shí)，晶體內(nèi)含有鈦離子 (Ti3+)與鐵離子 (Fe3+)時(shí)，會(huì)使晶體呈現(xiàn)藍(lán)色，而成為藍(lán)色藍(lán)寶石(Blue Sapphire)。當(dāng)晶體內(nèi)含有鉻離子 (Cr3+)時(shí)，會(huì)使晶體呈現(xiàn)紅色，而成為紅寶石 (Ruby)。又當(dāng)晶體內(nèi)含有鎳離子 (Ni3+)時(shí)，會(huì)使晶體呈現(xiàn)黃色，而成為黃色藍(lán)寶石。 2 圖 2 Al2O3分子結(jié)構(gòu)圖 及 藍(lán)寶石晶體結(jié)構(gòu)上視圖 圖 3 藍(lán)寶石晶體結(jié)構(gòu)側(cè)視圖 及 藍(lán)寶石晶體切面圖 圖 4 藍(lán)寶石結(jié)晶面示意圖 3 1 藍(lán)寶石晶體的生長(zhǎng)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(dāng)時(shí)轟動(dòng)一時(shí)的 ―日內(nèi)瓦紅寶石 ‖，迄今人工生長(zhǎng)藍(lán)寶石的研究已有100 多年的歷史。在此期間，為了適應(yīng)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和工業(yè)生產(chǎn)對(duì)于藍(lán)寶石晶體質(zhì)量、尺寸、形狀的特殊要求，為了提高藍(lán)寶石晶體的成品率、利用率以及降低成本，對(duì)藍(lán)寶石的生長(zhǎng)方法及其相關(guān)理論進(jìn)行了大量的研究，成果顯著。至今已具有較高的技術(shù)水平和較大的生產(chǎn)能力，為之配套服 務(wù)的晶體生長(zhǎng)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(kuò)大到目前的 12 寸 。 如圖 5 所示，為 大尺寸 藍(lán)寶石晶體的生長(zhǎng)技術(shù)發(fā)展示意圖。 圖 5 藍(lán)寶石晶體的生長(zhǎng)技術(shù)發(fā)展 藍(lán)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(xué)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(zhǎng)大尺寸藍(lán)寶石單晶已成為當(dāng)前面臨的迫切任務(wù)?？傮w說(shuō)來(lái)，藍(lán)寶石晶體生長(zhǎng)方式可劃分為溶液生長(zhǎng)、熔體生長(zhǎng)、氣相生長(zhǎng)三種，其中熔體生長(zhǎng)方式因具有生長(zhǎng)速率快，純度高和晶體完整性好等特點(diǎn)，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(zhǎng)方式。目前人工生長(zhǎng)藍(lán)寶石晶體的方法主要有焰熔法、提拉法、區(qū)熔法、導(dǎo)模法、坩堝移動(dòng)法、熱交換法、溫度梯度法、泡生法等。而 泡生法工藝生長(zhǎng)的藍(lán)寶石晶體約為目前市場(chǎng)份額的 70%。 LED 藍(lán)寶石襯底晶體技術(shù)正屬于一個(gè)處于正在發(fā)展的極端，由于晶體生長(zhǎng)技術(shù)的 保密性，其多數(shù)晶體生長(zhǎng)設(shè)備都是根據(jù)客戶要求按照工藝特點(diǎn)定做 。下面 簡(jiǎn)要 介紹 六 種 目前 國(guó)際上 主流的藍(lán)寶石晶體生長(zhǎng)方法。 4 泡生法 泡生法 簡(jiǎn)稱 KY法 [23]， 是 Kyropoulos于 1926年首先提出并用于晶體的生長(zhǎng)，此后相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)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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