【導讀】、主要經(jīng)濟增長指標--------------------------------------------------------------------------17. 、2020年國際經(jīng)濟走勢-----------------------------------------------------------------------24. 、原材料生產(chǎn)情況------------------------------------------------------------------------------30. 、技術(shù)開發(fā)難點、熱點-----------------------------------------------------------------------42. 六、人造藍寶石國內(nèi)市場-----------------------------------------49

　　

【正文】 ）以下的藍寶石晶體，由于受生長方向的限制，可加工基片直徑尺寸小于 100mm,材料利用率較低。 在國際上能夠通過產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)制造直徑超過 150mm大尺寸藍寶石晶體的國家只有美國和前蘇聯(lián)，有代表性的公司有：俄羅 斯的 Atlas公司、 Monocrystal公司和 Tydex等公司，生長出晶體尺寸最大為 300mm，工藝方法為泡生法；美國的 Crystal System Inc.是世界上最高水平的晶體制造公司，可生產(chǎn)φ 300mm的大尺寸藍寶石單晶體，采用的工藝方法為熱交換法，其工藝成本較高。 C、 系統(tǒng)研發(fā) 起步晚 我國晶體生長有悠久的歷史 ,但現(xiàn)代人工晶體的系統(tǒng)研發(fā)起步較晚。經(jīng)近半個世紀的發(fā)展，已可生產(chǎn)制備直徑 150mm的藍寶石晶體 。我國在晶體材料方面取得了大量研究成果，但大尺寸藍寶石晶體材料的生長技術(shù)，高利用率、低成本的晶體材 料成型及機械加工技術(shù)開發(fā)應(yīng)用尚處于研制水平較低階段，對大多需求很難提供配套，更談不上批量生產(chǎn)，難以滿足 供貨量和貨期的要求 。 D、高技術(shù)產(chǎn)品配套設(shè)施不全 高品質(zhì)、低成本的晶體材料生長技術(shù)是世界各國關(guān)注的難點和重點。國際上能夠產(chǎn)業(yè)化制造直徑大于Φ 200以上高品質(zhì)藍寶石襯底材料的只有俄羅斯、美國等三家公司，目前國內(nèi)現(xiàn)有的用于藍寶石晶體生長設(shè)備，是基于傳統(tǒng)方法和技術(shù)開發(fā)建設(shè)的實驗室級產(chǎn)品，無論從晶體質(zhì)量、成本、工藝控制精度、工藝重現(xiàn)性、晶體尺寸、生產(chǎn)效率等方面 均 難以滿足產(chǎn)業(yè)化的需求。 E、 工藝參數(shù)和技術(shù)措施不到位 原材料純度、處理狀態(tài)、制備工藝參數(shù)等對晶體質(zhì)量影響較大，需要針對不同工藝參數(shù)生長出晶體進行詳細的性能測試和微觀組織結(jié)構(gòu)分析，在此基礎(chǔ)上給出進一步改進的工藝參數(shù)和技術(shù)措施， 目前國內(nèi)該領(lǐng)域尚不具備。 (4)、技術(shù)開發(fā)難點、熱點 超大尺寸藍寶石晶體的生產(chǎn)工藝復雜、技術(shù)條件要求較高 超大尺寸藍寶石晶體成為目前人造藍寶石行業(yè)企業(yè)研發(fā)的熱點，目前 Rubicon 公司已 成功研發(fā)生產(chǎn)成功重達 200公斤的藍寶石晶體，號稱是世界上最大的藍寶石晶體。由于大尺寸藍寶石晶圓具有更好的成本效益或經(jīng)濟效益，因此超大尺寸人造藍寶 石可使得制造大尺寸晶圓的 LED 工藝設(shè)備商、 LED 廠商減少總體投資成本 ， 確保廠商能適應(yīng)快速增長的 LED 市場。但目前的難點問題是 ：超大尺寸藍寶石晶體的生產(chǎn)工藝復雜、 技術(shù)條件要求較高。且由于產(chǎn)品技術(shù)專利的問題 ， 國內(nèi)企業(yè)在這一技術(shù)方面有較大難度。 產(chǎn)品生產(chǎn)工藝 上世紀 90年代中村修二先生在藍寶石襯底上制成 GaN基藍光LED，使得藍寶石晶體的應(yīng)用飛速增加。隨著藍寶石晶體應(yīng)用市場的急劇膨脹，其設(shè)備和技術(shù)也在上世紀末取得了迅速的發(fā)展。晶體尺寸從 2英寸擴大到目前的 12英寸 。 國際上目前主流的藍寶石晶體生 長工藝是 泡生法、提拉法、導模以及熱交換法 ，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)展的行業(yè)，由于晶體生長技術(shù)的保密性，其多數(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，或者采用其他晶體生長設(shè)備改造而成。 （圖 12） 泡生法 Kyropoulos 這種方法是將一根受冷的籽晶與熔體接觸，如果界面的溫度低于凝固點，則籽晶開始生長，為了使晶體不斷長大，就需要逐漸降低熔體的溫度，同時旋轉(zhuǎn)晶體，以改善熔體的溫度分布。也可以緩慢的（或分階 段的）上提晶體，以擴大散熱面。晶體在生長過程中或生長結(jié)束時不與坩堝壁接觸，這就大大減少了晶體的應(yīng)力。不過，當晶體與剩余的熔體脫離時，通常會產(chǎn)生較大的熱沖擊。生長裝置如下圖所示。 （圖 13） 可以認為目前常用的高溫溶液頂部籽晶法是該方法的改良和發(fā)展。 采用泡生法生長大直徑、高質(zhì)量、無色藍寶石晶體的具體工藝如下： 1．將純凈的 GA1 O。原料裝入坩堝中。坩堝上方裝有可旋轉(zhuǎn)和升降的提拉桿，桿的下端有一個籽晶夾具，在其上裝有一粒定 向的無色藍寶石籽晶 (注：生長無色藍寶石時不添加致色劑，籽晶也采用無色藍寶石 )； 2．將坩堝加熱到 2050℃以上，降低提拉桿，使籽晶插入熔體中； 3．控制熔體的溫度，使液面溫度略高于熔點，熔去少量籽晶以保證晶體能在清潔的籽晶表面上生長； 4．在實現(xiàn)籽晶與熔體充分沾潤后，使液面溫度處于熔點，緩慢向上提拉和轉(zhuǎn)動籽晶桿；控制拉速和轉(zhuǎn)速，籽晶逐漸長大； 5．小心地調(diào)節(jié)加熱功率，使液面溫度等于熔點，實現(xiàn)寶石晶體生長的縮頸 ——擴肩 ——等徑生長 ——收尾全過程。 整個晶體生長裝置安放在一個外罩內(nèi)，以便抽真空后充入惰性氣體，保持生長環(huán)境中需要的氣體和壓強。通過外罩上的窗口觀察晶體的生長情況，隨時 調(diào)節(jié)溫度，保證生長過程正常進行。 溫度梯度法 Temperature gradient technique (TGT) “導向溫梯法 ”是以定向籽晶誘導的熔體單結(jié)晶方法。包括放置在簡單鐘罩式真空電阻爐內(nèi)的坩堝、發(fā)熱體和屏蔽裝置， 下 圖是裝置簡圖。 （圖 14） 本裝置采用镅坩堝、石墨發(fā)熱體。坩堝底部中心有一籽晶槽，避免耔晶在化料時被熔化掉。為了增加坩堝穩(wěn)定性，籽晶槽固定在定位棒的圓形凹槽內(nèi)。溫場由石墨發(fā)熱體和冷卻裝置共同提供。發(fā)熱體為被上下槽割成矩形波狀的板條通電回路的圓筒，整個圓筒安裝在與水冷電極相連 的石墨電極板上。板條上半部按一定規(guī)律打孔，以調(diào)節(jié)發(fā)熱電阻使其通電后白上而下造成近乎線性溫差。而發(fā)熱體下半部溫差通過石墨發(fā)熱體與水冷電極板的傳導來創(chuàng)造。籽晶附近的溫場還要依靠與水冷坩堝桿的熱傳導共同提供。 本方法與提拉法相比，有以下特點： (1)晶體生長時溫度梯度與重力方向相反，并且坩堝、晶體和發(fā)熱體都不移動，這就避免了熱對流和機械運動產(chǎn)生的熔體渦流。 (2)晶體生長以后，由熔體包圍，仍處于熱區(qū)。這樣就可以控制它的冷卻速度，減少熱應(yīng)力。而熱應(yīng)力是產(chǎn)生晶體裂紋和位錯的主要因素。 (3)晶體生長時，固 —液 界面處于熔體包圍之中。這樣熔體表面的溫度擾動和機械擾動在到達固 —液界面以前可被熔體減小以致消除。這對生長高質(zhì)量的晶體起很重要的作用。 提拉法 Czochralski（ CZ） 該方法的創(chuàng)始人是 Czochralski，他的論文發(fā)表于 1918年。這是熔體生長最常用的方法之一。很多重要的實用晶體是用這種方法制備的，近年來這種方法又取得了幾項重大的改進，能夠順利地生長某些易揮發(fā)的化合物（如 GaP 和含 Pb 的化合物）和特殊形狀的晶體（如八邊形、長 的硅管、漏斗形等各種復雜形狀的藍寶石晶體、帶狀硅和氧化物晶體）。 （圖 15） 主要技術(shù)： 連續(xù)加料提拉法、冷心放肩微量提拉法 (SAPMAC) 國內(nèi)外技術(shù)未來發(fā)展趨勢 面向 節(jié)能、高效、綠色工業(yè)化的方向發(fā)展 人造藍寶石性能的優(yōu)越性導致其具備廣泛的使用價值，因此有關(guān)人造藍寶石的制備方法也隨著科技的進步而逐漸發(fā)展的越來越多、越來越好。由傳統(tǒng)的焰熔法到熔劑法，由單一的工藝制備到多渠道綜合工藝的產(chǎn)生，除了研究制備人造藍寶石的合成技術(shù)、微結(jié)構(gòu)控制技術(shù)和要掌握微結(jié)構(gòu)與其性能間的關(guān)系外，人們越來越關(guān)注有關(guān)同等制備成果中工藝能耗、反應(yīng)時間、環(huán)境污染等的有 關(guān)問題。而人造藍寶石的制備工藝也逐漸向著節(jié)能、高效、綠色工業(yè)化的方向發(fā)展。相信在不久的將來 ， 在化學研究者的努力下 ，新型合成手段的產(chǎn)生， 勢必會為人造藍寶石的引用帶來更為廣闊的發(fā)展空間。 人造藍寶石國內(nèi)市場 國內(nèi)市場現(xiàn)狀及預測 現(xiàn)狀 ： 技術(shù)不斷完善， 涉及 領(lǐng)域多元化 據(jù)不完全統(tǒng)計 ， 現(xiàn)今世界上已研究成功并投入批量生產(chǎn)的合成寶石達 30 多種 ， 在人造藍寶石生產(chǎn)方面 ，我國主要是利用焰熔法合成藍寶石， 1958 年從原蘇聯(lián)引進 ，用電解水的方法獲得氧氣和氫氣，耗電量很大?，F(xiàn)在經(jīng)過技術(shù)革新， 利用化工廠生產(chǎn)時 排空的氧氣或氫氣作原料 ，既解決了污染問題， 又節(jié)省了成本。據(jù)不完全統(tǒng)計 ， 目前我國人造藍寶石的產(chǎn)量達 150 噸左右。人造藍寶石近些年在飾品、工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用增長迅速 ， 尤其是在我國電子信息產(chǎn)業(yè)、光伏產(chǎn)業(yè)的帶動下 ， 人造藍寶石元件市場規(guī)模逐步擴大。由于優(yōu)質(zhì)人造藍寶石晶體材料在 m 波段內(nèi)具有較好的透光性 ， 紅外線透過率幾乎不隨溫度變化 ，因此以優(yōu)質(zhì)人造藍寶石為材料制成的光學元件、透紅外線光學窗片， 在軍用夜視透紅外裝備、低溫實驗室觀察口、航海航天航空用高精密儀器儀表等 方面得到充分應(yīng)用。目前日益發(fā)展的 LED 產(chǎn)業(yè)也使 得人造藍寶石市場更加活躍。 市場困境： 技術(shù)落后 ，原材料利用率低下 人造藍寶石行業(yè)每生產(chǎn) 1kg產(chǎn)品耗電量在 1200至 1400kw/h，屬于高耗能、高污染產(chǎn)品。近年來，隨著電力供應(yīng)緊張形勢的加劇，國家對于環(huán)保的要求進一步提高，為了促使行業(yè)可持續(xù)性發(fā)展， 2020 年人造寶石取消退稅，國內(nèi)銷售則加收了 17%的增值稅。未來隨著行業(yè)的進一步增長，將可能面臨政策限制。另外，原材料漲價也給行業(yè)企業(yè)帶來了較大的壓力包括電費、礬土原材料、 鐵屑等價格上漲。 市場預測： 監(jiān)管和政策引導下電子信息、光伏領(lǐng)域等可持續(xù)發(fā)展 未來，在產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的進一步調(diào)整下，人造藍寶石產(chǎn)業(yè)前景十分看好，主要是電子信息、光伏領(lǐng)域的應(yīng)用需求旺盛，同時我國人造藍寶石在國際市場的重要地位仍不會動搖。而未來市場需求及生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴大，將促使相關(guān)部門對人造藍寶石行業(yè)的加強監(jiān)管和政策引導，未來行業(yè)的發(fā)展將以可持續(xù)發(fā)展為主要方向，著重對優(yōu)勢企業(yè)的扶持和對產(chǎn)業(yè)競爭度的進一步加強。 產(chǎn)品、產(chǎn)量分析及預測 產(chǎn)品產(chǎn)量逐年增長 2020 年以來，我國人造藍寶石行業(yè)產(chǎn)品產(chǎn)量有了較大幅度增長，（ 2020~2020）年年平均產(chǎn)量增長速度達 %。隨著梧州人造寶 石在國際市場地位的加強，行業(yè)企業(yè)投資加大，帶動了人造寶石產(chǎn)量的快速增長。在國內(nèi)外市場需求快速增長的拉動下，國內(nèi)人造藍寶石行業(yè)信心十足，行業(yè)新建項目力度增長 ， 尤其是高端產(chǎn)品生產(chǎn)的項目投資及生產(chǎn)規(guī)模增大，其中 ， 由上海舒博鉿特晶體科技有限公司投資的人造藍寶石晶體項目， 填補了國內(nèi) 空白的光伏產(chǎn)業(yè)上游核心項目， 預期項目于 2020 年全面投產(chǎn)， 年生產(chǎn)電子級及激光級人造藍寶石晶體超過 萬公斤， 并具備制造人造藍寶石整流罩 1000 顆和直徑 6 英寸及以下人造藍寶石襯底片 100 萬片的年加工能力， 年產(chǎn)值達 14 億元。 （表 4 2020— 2020年人造藍寶石產(chǎn)品產(chǎn)量分析表） 國內(nèi)市場需求情況及預測 （表 5 2020— 2020 年人造藍寶石產(chǎn)品產(chǎn)量市場需求表） 預測：今后 510 年間，將保持 2 位數(shù)的增長趨勢。 國內(nèi)市場消費狀況及預測 飾品領(lǐng)域消費 人造藍寶石在飾品領(lǐng)域的消費主要應(yīng)用在穿戴飾品中 ，近些年隨著小商品飾 品的快速發(fā)展 ，尤其是女性喜愛的吊墜、耳環(huán)、項鏈、手鏈等一系列的首飾得到 快速發(fā)展 ，而利用人工藍寶石制成的飾品在市場上銷售旺盛，消費走勢持續(xù)看好。 工業(yè)領(lǐng)域 消費 人造藍寶石作為重要的技術(shù)晶體材料 ，早已被廣泛應(yīng)用在耐高溫高壓器件、 耐磨損器件、特種窗口、紅外制導、導彈整流罩等國防、軍事、科研高科技領(lǐng)域。目前在 LED、 LD 工業(yè) 人造藍寶石基片成為首選基片，是制造半導體藍色 發(fā)光二極管的關(guān)鍵性材料 ，廣泛應(yīng)用于移動電源節(jié)能發(fā)光體。目前整個國際市場 需求量較大。但由于產(chǎn)品技術(shù)先進 ，加工工藝較難，目前世界上工業(yè)化生產(chǎn)的規(guī) 模及能力均滿足不了市場需求。藍寶石晶片消費主要分布在美國 、日本、臺灣及歐洲技術(shù)工業(yè)發(fā)達的國家和 地區(qū)。臺灣在 HBLED 方面發(fā)展最迅速 ， 并出現(xiàn)了供不應(yīng)求的局面。 預測 用藍寶石基片制成的藍光激光器 （ LD） 在光纖通訊、光電探測、數(shù)據(jù)存 儲及激光高速印刷等領(lǐng)域 將 大顯身手 ，市場發(fā)展迅速。同樣成為未來人造藍寶石的 高端引用方向。 價格趨勢分析 通常情況，人造藍寶石、紅寶石的價格僅為天然品的 1/3~1/20。 生產(chǎn)成本 ： 隨著電價、鋁土礦等價格的上漲，人造藍寶石產(chǎn)品生 產(chǎn)成本在近幾年呈上漲趨勢 ； 市場供求 ：由于市場需求的快速增長，我國人造藍寶石 銷量樂觀 價格總體走勢 ： 呈現(xiàn)出向上趨勢，尤其是對于色澤好、做工精細 的人工藍寶石而言 ，產(chǎn)品銷售價格明顯好于其 他產(chǎn)品； 未來產(chǎn)品市場價格趨勢 ： 低端產(chǎn)品價格競爭趨于激烈 高端產(chǎn)品 ，尤其是應(yīng)用于光伏產(chǎn)業(yè)、電子信息產(chǎn)業(yè)的高端藍寶石晶體或 切片 ，在我國光伏產(chǎn)業(yè)、電子信息產(chǎn)業(yè)的帶動下，需求量將大幅增長，而該類產(chǎn) 品國內(nèi)生產(chǎn)廠家較少 ，產(chǎn)品短缺， 因此價格