蓝宝石晶体生长专业技术回顾
蓝宝石项目晶体生长技术研究报告
蓝宝石项目晶体生长技术研究报告
引用准确，并附有相关图片与数据，由蓝宝石晶体生长研究实验室专
业工作人员为你编写。
一、研究背景
蓝宝石，又称宝石石英，是一种矿物，也是最宝贵的天然宝石之一，
具有抗热、抗紫外线和压磨强度高等优良性能，是展示财富和品位的精品，一直是各类礼物礼品中的新宠。
然而，由于蓝宝石自然产量少，价格昂贵，因此难以满足市场对它的需求。
为此，蓝宝石晶体生长技术应运而生，目前已经逐渐受到业者的重视，为保证生产质量，蓝宝石晶体生长技术也迎来了发展新机遇。
二、实验原理
蓝宝石晶体生长技术是一种由晶面构成的可以按照预先设计的模型来
生长蓝宝石晶体的技术，主要是通过在搅拌溶液中添加二氧化碳等有机物质，使溶液中的成分形成极微量的枝毛状结构，然后利用电磁波原理，在
晶体生长过程中，按照模型的设计顺序形成蓝宝石晶体。
三、实验步骤
（1）首先，我们需要准备一个完整的蓝宝石晶体生长系统，包括可
以通过晶格变化而改变晶面的晶体生长装置、用于调整液体温度的加热装置、用以控制晶面的搅拌装置、用以控制晶体形成的电磁场装置。
蓝宝石单晶生长技术的现代趋势和应用进展
蓝宝石单晶生长技术的现代趋势和应用进展摘要：蓝宝石晶体已成为当今最重要的晶体材料之一，综合性能优良，广泛应用于各种领域。
本文综述了蓝宝石的新用途，并简要介绍了蓝宝石生长的主要方法以及不同制备方法的应用条件。
介绍了我国蓝宝石晶体的主要制造商和生长方法，最后提出了优化蓝宝石晶体工业增长的措施。
关键词：蓝宝石单晶；生长方法；应用分析前言蓝宝石，又称刚玉，是一种氧化铝晶体。
这些晶体具有稳定的机械、光学和化学稳定性，可在接近2 000 c的温度下使用，由于蓝宝石独特的晶体结构，具有优良的机械和血液特性。
近年来，蓝宝石市场继续扩大，涉及国防、科学技术和民用工业等许多新领域，特别是作为理想的基本材料，已被用于半导体二极管的生产，成为一种重要的高技术晶体。
目前中国种植蓝宝石晶体的企业很多最大的蓝宝石可能重130公斤，直径超过400毫米，但这些技术都不太成熟。
随着技术的发展，蓝宝石市场对结晶材料的重量和形状要求越来越高。
此外，由于成长和加工过程困难，设备和人员要求也很高，蓝宝石晶体工件的要求也越来越高。
因此，生产低成本高质量蓝宝石晶体的能力成为蓝宝石上游企业的主要发展方向。
如果技术成熟，可以满足目前对大型蓝宝石晶体的需求。
一、蓝宝石生长技术的比较1.泡生法泡生法被称为KY法，是从俄罗斯引进的一种高技术蓝宝石晶体生长技术。
首次应用于氢氧化物、碳酸盐晶体的制备和研究，并在20世纪60年代经过改进后才用于蓝宝石的生长。
泡生法生长的蓝宝石晶体通常是梨形的。
目前国内已广泛生产45kg晶体，85kg和100kg晶体也已成功开发。
但设备要求高，生产指标太低，从来没有大规模生产。
运气好法是1926年发明的，经过几十年的研究人员的不断改造和完善，现在是解决提拉法不能生产大晶体的好方法之一。
晶体生长原理和技术特点:将晶体原料放入高温坩埚中加热熔化，调节炉内温度场，使熔体顶部略高于熔点；将籽晶上籽晶向熔液表面提起，表面轻微熔化后，将表面温度降至熔点，提起并转动籽晶，使熔体顶部处于过冷状态，在籽晶上结晶，在不断上升过程中生长柱状晶体。
蓝宝石项目晶体生长技术研究报告
蓝宝石项目晶体生长技术研究报告蓝宝石是一种非常珍贵且重要的宝石，具有很高的价值和美观度。
为了满足市场需求，并提高蓝宝石的生产效率和质量，不断进行研究和开发新的晶体生长技术。
本报告将介绍蓝宝石项目晶体生长技术的研究进展。
首先，晶体生长技术是指通过控制晶体生长条件，使蓝宝石在合适的环境中快速生长。
目前，常见的蓝宝石晶体生长技术有几种，分别是六角晶体生长法、上升法和束流法。
这些技术在实践中都取得了很好的效果。
第一种技术是六角晶体生长法。
这种方法是在合适的高温和高压条件下，通过溶液中的蓝宝石种子使晶体从上部逐渐生长。
这种方法的优点是可以获得较大尺寸的蓝宝石晶体，同时还能控制其形状和质量。
然而，这种方法的缺点是生长周期较长，且由于生长过程中溶液中杂质的存在，会对晶体的纯度造成一定的影响。
第二种技术是上升法。
这种方法是通过在熔融的混合溶液中加入蓝宝石种子，然后逐渐降低温度使晶体从下部生长。
相对于六角晶体生长法，这种方法的优点是生长周期短，且晶体纯度较高。
然而，这种方法也有其缺点，即在晶体生长过程中易产生内部应力，导致晶体不稳定。
第三种技术是束流法。
这种方法是通过将精细制备的蓝宝石晶体放在真空室中，然后利用电子束照射或离子束轰击的方式促进晶体生长。
这种方法的优点是生长周期较短，同时可以控制晶体的形状和分布。
然而，这种方法的缺点是依赖于高成本的设备和技术，且需要更多的研究和改进。
总结来说，蓝宝石项目晶体生长技术的研究取得了一定的进展。
不同的生长技术各有优缺点，需要根据具体需求选择适合的方法。
未来还需要继续深入研究，提高蓝宝石晶体生长的效率和质量，以满足市场的需求。
蓝宝石晶体生长设备
蓝宝石晶体生长设备蓝宝石晶体生长设备是一种专门用于生长人造蓝宝石晶体的设备。
蓝宝石是一种贵重的宝石，具有极高的质量和价格。
传统上，蓝宝石是通过地下深处岩浆喷发形成的，因此非常稀有。
为了满足市场需求，科学家和工程师开发出了蓝宝石晶体生长设备，通过人工方法创造出高质量的蓝宝石晶体。
蓝宝石晶体生长设备的原理基于热溶液方法。
首先，将蓝宝石晶体的原料，铝和氧化铝以适当比例溶解在高温高压的溶液中。
然后，在稳定的温度和压力条件下，将溶液缓慢冷却。
通过精确控制温度和冷却速度，将逐渐形成蓝宝石晶体结构。
整个过程需要严密的监控和控制，以确保蓝宝石晶体的质量和纯度。
1.反应室：用于容纳溶液和实施晶体生长过程。
反应室通常由高温耐压材料制成，可以承受高温高压环境。
通常还配备了温度控制和压力控制系统，以确保晶体生长过程的稳定性。
2.搅拌器：用于混合和搅拌溶液。
搅拌器的设计需要兼顾混合效果和防止晶体碎裂。
3.加热系统：温控系统用于提供并保持所需的高温环境。
4.冷却系统：冷却系统用于逐渐冷却溶液，促使晶体生长。
5.过滤系统：用于过滤杂质和杂质颗粒，确保溶液的纯净度。
6.测量和监控系统：用于监测溶液的温度、压力和其他参数，并调整控制系统以保持稳定条件。
7.结晶槽和附件：用于容纳晶体生长过程中形成的晶体。
结晶槽需要具有适当的形状和尺寸，以便于晶体生长和取出。
除了蓝宝石，类似的晶体生长设备也可用于生长其他类型的宝石和半导体材料。
这种设备已广泛应用于宝石加工和电子工业领域。
总之，蓝宝石晶体生长设备是一种先进的技术设备，通过人工方法生长高质量的蓝宝石晶体。
随着科技的发展，这种设备的生产成本也逐渐降低，使得蓝宝石晶体在市场上变得更加普及和可负担。
数种蓝宝石晶体生长方法
蓝宝石晶体的生长方法自1885年由Fremy、Feil和Wyse利用氢氧火焰熔化天然红宝石粉末与重铬酸钾而制成了当时轰动一时的“日内瓦红宝石”，迄今人工生长蓝宝石的研究已有100多年的历史。
在此期间，为了适应科学技术的发展和工业生产对于蓝宝石晶体质量、尺寸、形状的特殊要求，为了提高蓝宝石晶体的成品率、利用率以及降低成本，对蓝宝石的生长方法及其相关理论进行了大量的研究，成果显著。
至今已具有较高的技术水平和较大的生产能力，为之配套服务的晶体生长设备——单晶炉也随之得到了飞速的发展。
随着蓝宝石晶体应用市场的急剧膨胀，其设备和技术也在上世纪末取得了迅速的发展。
晶体尺寸从2吋扩大到目前的12吋。
低成本、高质量地生长大尺寸蓝宝石单晶已成为当前面临的迫切任务。
总体说来，蓝宝石晶体生长方式可划分为溶液生长、熔体生长、气相生长三种，其中熔体生长方式因具有生长速率快，纯度高和晶体完整性好等特点，而成为是制备大尺寸和特定形状晶体的最常用的晶体生长方式。
目前可用来以熔体生长方式人工生长蓝宝石晶体的方法主要有焰熔法、提拉法、区熔法、导模法、坩埚移动法、热交换法、温度梯度法、泡生法等。
而泡生法工艺生长的蓝宝石晶体约为目前市场份额的70%。
LED蓝宝石衬底晶体技术正属于一个处于正在发展的极端，由于晶体生长技术的保密性，其多数晶体生长设备都是根据客户要求按照工艺特点定做，或者采用其他晶体生长设备改造而成。
下面介绍几种国际上目前主流的蓝宝石晶体生长方法。
图9 蓝宝石晶体的生长技术发展1 凯氏长晶法(Kyropoulos method)简称KY法，中国大陆称之为泡生法。
泡生法是Kyropoulos于1926年首先提出并用于晶体的生长，此后相当长的一段时间内，该方法都是用于大尺寸卤族晶体、氢氧化物和碳酸盐等晶体的制备与研究。
上世纪六七十年代，经前苏联的Musatov改进，将此方法应用于蓝宝石单晶的制备。
该方法生长的单晶，外型通常为梨形，晶体直径可以生长到比坩锅内径小10～30mm的尺寸。
蓝宝石晶体生长技术
201311438 付现伟
一、蓝宝石
蓝宝石(Sapphire)是一种Al2O3的单晶，属于刚玉族矿物，三方晶 系。就颜色而言，单纯的氧化铝结晶是呈现透明无色的，晶体内含 有钛离子（Ti3+）与铁离子（Fe3+）时，会使晶体呈现蓝色，蓝宝 石由此得名。若含有Cr离子时，呈现红色，称红宝石。
4、原料熔化
大约加热到电压约10—10.5Volt 时，推估温度达2100℃（蓝宝石 的熔点约2040℃），可使原料完 全溶化，形成熔体。在实验过程 中，以电压值来推断温度。
炉体加热时观察到的炉体内部的情况
氧化铝原料熔化后形成熔体情形
5、下籽晶
在下籽晶前，必须先作净化籽晶的动作，净化籽晶是将籽晶底端熔化 一部分，使预定生长晶体之籽晶表面更干净，以提高晶体生长的质量
高硬度
医用人造骨骼，人造关节，牙齿等
高熔点、高温稳定性好
窗口材料及各种光学镜片
化学惰性
GaN 外延衬底材料
光学性能优良
珠宝首饰
二、蓝宝石晶体生长
熔体法生长的蓝宝石晶 体具有生长速度快、纯度高、 完整性好、尺寸较大，目前 最常用的蓝宝石晶体生长方 法，而泡生法工艺约占目前 市场的70%。
提世 拉界 法上 、主 导要 模的 法熔 、体 热生 交长 换方 法法 、包 泡括 生晶 法体 。
泡生法(Kyropoulos method)原理示意图
泡生法的主要优点是：
1.较快的生长率（0.1—25mm/h） 2.高质量(光学等级) 3.大尺寸，无污染 4.低缺陷密度 5.高产能 6.较佳的成本效益
泡生法主要缺点是：
对生长设备的要求比较高
泡生法生长晶体的一般步骤：
1、填充原料及架设籽晶
CZ法蓝宝石晶体生长工艺研究
200mm 蓝宝石晶体生长工艺研究-CZ 法晶体生长工艺主要分为引晶、缩颈、放肩、晶体生长、退火、冷却四个过程。
晶体生长过程中均匀缓慢的提拉晶体 ,晶体不与坩埚壁接触 ,避免了晶体生长过程中的寄生成核。
实验分析与讨论实验发现晶体有开裂及线形的散射颗粒。
晶体开裂取决于温度梯度、生长速率等生长工艺参数 ;线形散射颗粒则取决于温场、功率控制及炉膛的洁净度等工艺条件。
3. 1 生长速率对晶体开裂的影响根据界面稳定条件分别为界面附近熔体和晶体中的温度梯度, Kl,ks 分别为熔体和晶体的热导率 , L 为结晶潜热 ,ρ为晶体密度。
从 (3)中可以看出晶体的最大生长速率取决于晶体中温度梯度的大小 ,要提高晶体的生长速率 ,必须加大晶体中的温度梯度 ,但是 ,晶体中温度梯度太大 ,将会增加热应力 ,引起位错密度增加 ,甚至导致晶体开裂。
考虑热效应对晶体开裂的影响 ,这时允许的最大热应力为 (1)(2)从 (3)、(4)式中可以看出 :晶体中允许的最大热应力 (或热应变 )与生长极限速率成正比。
故 ,为得到高质量完整的晶体 ,通常生长速率低于极限生长速率。
否则 ,由于晶体生长速率过快 ,将会引起高的热应力 ,引起位错密度增加 ,晶体结构完整性变差 ,导致晶体开裂。
另一方面我们可以看出 ,实际上在保证晶体中温度梯度稳定的条件下 ,适当减少熔体中的轴向温度梯度也可以增大晶体生长速率。
蓝宝石晶体具有较大的导热系数 ,在适当的较小的轴向温度梯度温场以及在保证径向温度合理的条件下 ,更有利于凸生长界面的形成 ,也就相对提高了晶体生长速率。
本实验 ,在生长 A l2O3晶体的过程中 ,采取分段生长晶体 ,以保持恒定的结晶速率与晶体等径。
生长速率为 2. 5～3. 0mm /h,此速率对 A l2O3晶体开裂基本上没有影响。
3. 2 热效应对晶体开裂的影响在晶体生长过程中 ,由于温场不合理 ,温度梯度过大 ,冷却速率过快等都会使晶体产生热应力 ,产生相对形变 ,造成晶体开裂。
蓝宝石晶体生长技术
蓝宝石晶体生长技术蓝宝石是一种非常珍贵的宝石，其具有高度的透明度和魅力的蓝色光泽。
然而，天然蓝宝石的价格昂贵且稀缺，因此科技界提出了人工合成蓝宝石的方法。
本文将介绍蓝宝石晶体的生长技术。
高温高压生长法是较为传统的一种方法。
它模拟了地球内部的高温高压环境，利用合适的矿物质和金属盐在高温高压条件下进行晶体生长。
在这个过程中，先将金属盐溶解在熔剂中，然后将蓝宝石种子放置在溶液中促进晶体生长。
这种方法由于需要高温高压环境，相对较难控制，但可以制备更大尺寸和更高质量的蓝宝石晶体。
化学气相沉积法是一种相对较新的技术，它采用气相材料进行晶体生长。
在这个过程中，将金属源和气相原料（如铝和气氙）连续供应到高温反应室中，使其在晶体基底上沉积，并逐渐形成完整的蓝宝石晶体层。
与HPHT法相比，化学气相沉积法更容易控制和扩展生产规模，适用于生产更薄的蓝宝石晶片。
无论采用哪种生长方法，蓝宝石晶体的质量都受到很多因素的影响。
其中，晶体的化学纯度、温度、压力、溶液成分和生长速度等因素都非常重要，直接影响着蓝宝石晶体的结构和质量。
为了获得高质量的蓝宝石晶体，科研人员还在不断研究改进这些生长技术。
例如，改变晶体生长的初始条件、优化晶体的生长环境、选择合适的基底材料等方法，都有助于提高蓝宝石晶体的质量和产率。
蓝宝石晶体的人工合成在很大程度上满足了市场对宝石的需求。
它不仅可以大量生产高质量的蓝宝石晶体，还可以根据市场和消费者需求来调整颜色、尺寸和形状。
此外，与天然蓝宝石相比，人工合成的蓝宝石更加经济实惠，也更环保可持续。
总的来说，蓝宝石晶体的生长技术是一项重要的宝石制造技术。
通过不断改进和创新，可以生产出高质量、低成本的蓝宝石晶体，满足市场需求，并为宝石行业带来巨大的发展潜力。
壳熔法生长蓝宝石单晶的进展
待深入研究。 关键 词 ：晶体生长； 壳熔法； 蓝宝石； 单晶 中图分 类号 ： Ｓ３ Ｔ ９ 文 献标 识码 ： Ａ 文章 编号 ： ０８２４ （０２０— １—５ １０—１Ｘ ２１）３ ０ ７ ０ ０
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蓝宝石晶体生长技术回顾
蓝宝石晶体生长技术回顾引言不少群众提出意见，博主说了这多不行的，能不能告诉广大投身蓝宝石长晶事业的什么设备行？说实话，这真的是为难我了！怎么讲？举个例子吧，Ky技术设备在Mono手里还真的是Ky，但到了你手里可能就是YY了。
可能你觉得受打击了，可是没有办法啊，事实如此啊，实话听起来往往比较刺耳！本博主前面发表的《从缺陷的角度谈谈蓝宝石生长方向的选择》博文，迄今为止只有寥寥无几群众真正看出精髓所在..................................不服气群众可以留言谈谈自己了解了什么？古人云“博古通今”、“温故知新”，我觉得很有道理，技术之道也是如此。
如果没有对以往技术的熟练掌握、熟知精髓所在，没有对以往技术的总结提炼，你就不可能对一个新技术真正的掌握。
任何新技术新设备到你手里，充其量你只是一个熟练操作工而已。
还觉得不信的话，我就在这篇博文里用大家认为最古老的火焰法宝石生长的经验理论总结来给大家进行目前流行的衬底级蓝宝石晶体生长进行理论指导。
蓝宝石晶体生长技术简介焰熔法（flame fusion technique ）&维尔纳叶法（Verneuil technique ）1885年由弗雷米（E. Fremy ）、弗尔（E. Feil ）和乌泽（Wyse ）一起，利用氢氧火焰熔化天然的红宝石粉末与重铬酸钾而制成了当时轰动一时的“ 日内瓦红宝石”。
后来于1902年弗雷米的助手法国的化学家维尔纳叶（Verneuil ）改进并发展这一技术使之能进行商业化生产。
因此，这种方法又被称为维尔纳叶法。
弗雷米（E. Fremy）、弗尔（E. Feil）和乌泽（Wyse）这几个哥们实际上就是做假珠宝的，一群有创新精神的专业人士。
博主对两类造假者比较佩服，一类是以人造珠宝以假乱真的，一类是造假文物的。
首先、他们具有很高的专业素养；其次、他们也无关民生大计；还有利于社会财富的再分配。
至于火焰法简单的描述我就不啰嗦了，我讲讲一些你所不知道的火焰法长宝石的一些前人总结；这些总结和经验对今天的任何一种新方法长蓝宝石单晶都是有借鉴意义的。
蓝宝石生长综述
蓝宝石生长综述2011-06-15一、蓝宝石生长1.1 蓝宝石生长方法1.1.1 焰熔法Verneuil (flame fusion)最早是1885年由弗雷米（E.Fremy）、弗尔（E.Feil）和乌泽（Wyse）一起，利用氢氧火焰熔化天然的红宝石粉末与重铬酸钾而制成了当时轰动一时的“ 日内瓦红宝石”。
后来于1902年弗雷米的助手法国的化学家维尔纳叶（Verneuil）改进并发展这一技术使之能进行商业化生产。
因此，这种方法又被称为维尔纳叶法。
1）基本原理焰熔法是从熔体中生长单晶体的方法。
其原料的粉末在通过高温的氢氧火焰后熔化，熔滴在下落过程中冷却并在种晶上固结逐渐生长形成晶体。
2）合成装置与条件、过程焰熔法的粗略的说是利用氢及氧气在燃烧过程中产生高温，使一种疏松的原料粉末通过氢氧焰撒下焰融，并落在一个冷却的结晶杆上结成单晶。
下图是焰熔生长原料及设备简图。
这个方法可以简述如下。
图中锤打机构的小锤7按一定频率敲打料筒，产生振动，使料筒中疏松的粉料不断通过筛网6，同时，由进气口送进的氧气，也帮助往下送粉料。
氢经入口流进，在喷口和氧气一起混合燃烧。
粉料在经过高温火焰被熔融而落在一个温度较低的结晶杆2上结成晶体了。
炉体4设有观察窗。
可由望远镜8观看结晶状况。
为保持晶体的结晶层在炉内先后维持同一水平，在生长较长晶体的结晶过程中，同时设置下降机构1，把结晶杆2缓缓下移。
焰熔法合成装置由供料系统、燃烧系统和生长系统组成，合成过程是在维尔纳叶炉中进行的。
A.供料系统原料：成分因合成品的不同而变化。
原料的粉末经过充分拌匀，放入料筒。
如果合成红宝石，则需要Al2O3粉末和少量的 Cr2O3参杂，Cr2O3用作致色剂，添加量为 1-3%。
三氧化二铝可由铝铵矾加热获得。
料筒：圆筒，用来装原料，底部有筛孔。
料筒中部贯通有一根震动装置使粉末少量、等量、周期性地从筛孔漏出。
震荡器：驱动震动棒震动，使料筒不断抖动，以便原料的粉末能从筛孔漏出。
泡生法生长高质量蓝宝石的原理和应用
泡生法生长高质量蓝宝石的原理和应用摘要：材料科学是现代文明的三大支柱之一和人类文明的物质基础。
晶体生长是材料科学领域的一部分，处于领先地位，是其发展的监护者。
一些高科技的发展与晶体材料密切相关。
蓝宝石晶体具有独特的物理化学特性，特别是在0.2-0.5um波段，可广泛用于红外军事设备、卫星和空间技术。
它还具有诸如介质隔热层和恒定电气常数等特性，已成为最广泛使用的基本材料之一。
本文在此基础上，详细阐述了泡生法生长优质无色蓝宝石的原理、生长过程和技术方面，并探讨了优质蓝宝石的广阔应用前景。
关键词：泡生法；蓝宝石；晶体生长；原理；应用分析前言随着市场对蓝宝石晶体的需求不断增加，蓝宝石作为一种具有卓越化学和物理特性的高质量多功能化合物在国际军事、工业、农业和生物医学领域得到广泛应用。
蓝宝石晶体具有优良的机械、物理和光学特性。
广泛应用于半导体照明、红外、微电子窗材料等民用领域，需求量大、质量高的单晶蓝宝石。
人造蓝宝石晶体最常用的制备方法是泡生法、热交换法等。
目前泡生法是培育大型蓝宝石晶体的最佳方法。
一、泡生法的原理与工艺1.原理泡生法最早于1926年提出，并于20世纪70年代由前苏联穆萨托夫进行了改进，以获得蓝宝石单晶。
运气法，又称果阿法、上籽冷却法和煅烧法。
以晶闸管设备为基础，对GOI法蓝宝石单晶生长设备进行了改进，晶体生长方向为a轴或m轴。
泡生法生长蓝宝石单晶的过程如下:(1)种子夹具夹持在金属晶闸管底部的蓝宝石种子浸入钼坩埚中温度高达2340K的熔融表面；(2)严格控制熔体温度，使其表面温度略高于籽晶熔点，即熔化少量籽晶，使蓝宝石单晶生长在籽晶表面；(3)籽晶熔体充分浸润后，熔体表面温度达到籽晶熔点，从熔体中缓慢拉出籽晶，生长蓝宝石单晶；(4)严格调节加热器功率，使熔体表面温度等于种子熔点，从而逐步实现蓝宝石单晶的收缩、扩肩、等径生长和修整过程。
与直拉法相比，虽然晶体生长初期存在局部拉低肩过程，但泡生法不再使用拉低法，外部温度场保持冷却形成结晶动力学。
蓝宝石晶体生长工艺研究
蓝宝石晶体生长工艺研究【摘要】蓝宝石晶体具有硬度大、熔点高、物理化学性质稳定的特点,是优质光功能材料和氧化物衬底材料,广泛用于电子技术,军事、通信、医学等国防民用, 科学技术等领域。
自19 世纪末, 法国化学家维尔纳叶采用焰熔法获得了蓝宝石晶体后,人工生长蓝宝石工艺不断发展, 除了焰熔法外还有冷坩埚法、泡生法、温度梯度法、提拉法、热交换法、水平结晶法、弧熔法、升华法、导模法、坩埚下降法等。
本文主要对应用较为广泛的焰熔法、提拉法、泡生法、热交换法、导模法、下降法、等生长工艺进行论述。
【关键词】蓝宝石晶体晶体生长工艺研究蓝宝石晶体的化学成分是氧化铝(a -AI2O3 ),熔点高达2050C,沸点3500C,硬度仅次于金刚石为莫氏硬度9，是一种重要的技术晶体。
蓝宝石晶体在光学性能、机械性能和物理化学性质方面表现出了优异性能,因此被各行业广泛应用,同时随着现代科学技术的发展,对蓝宝石晶体的质量要求也不断提升,这就对蓝宝石晶体生长工艺提出了新的挑战。
焰熔法。
确切来讲焰熔法是由弗雷米、弗尔、乌泽在1885 年发明的，后来法国化学家维尔纳叶改进、发展并投入生产使用。
焰熔法是以Al2O3 粉末为原料，置于设备上部，原料在撒落过程中通过氢及氧气在燃烧过程中产生的高温火焰，熔化，继续下落，落在设备下方的籽晶顶端，逐渐生长成晶体。
焰熔法生产设备主要有料筒、锤打机构、筛网、混合室、氢气管、氧气管、炉体、结晶杆、下降机构、旋转平台等组成。
锤打机构使料筒振动，与筛网合作使粉料少量、等量或周期性的下落；氧气与粉末一同下降、氢气与氧气混合燃烧；在炉体设有观察窗口可通过望远镜查看结晶状况，下降机构控制结晶杆的移动，旋转平台为晶体生长平台，下方置以保温炉。
焰熔法具有生长速度快、设备简单、产量大的优点，但是生产出的晶体缺陷较多，适用于对蓝宝石质量要求不高的晶体生产。
提拉法。
提拉法能够顺利地生长某些易挥发的化合物，应用较为广泛。
提拉法工艺：将原料装入坩埚中熔化为熔体，籽晶放入坩埚上方的提拉杆籽晶夹具中，降低提拉杆使籽晶插入熔体中，在合适的温度下籽晶不会熔掉也不会长大，然后转动和提升晶体，当加热功率降低时籽晶就会生长，通过对加热功率的调节和提升杠杆的转动即可使籽晶生长成所需的晶体。
蓝宝石晶体主要生长方法和研究现状
1 蓝宝石晶体的特质蓝宝石晶体是一种理想的晶体材料，具有良好的导热性、透光性、化学稳定性，且耐高温、耐腐蚀、高强度、高硬度，被广泛应用于抗高压器件、耐磨损器件、红外制导、导弹整流罩等太空、军事、科研等高科技领域[1]。
由于天然蓝宝石稀少，成本高以及化学成分不纯，因而不能被工业材料广泛使用，工业上大量应用的蓝宝石是人工合成。
本文对蓝宝石晶体的主要生长方法作了较详细介绍，综述了国内外的一些研究成果并讨论了目前存在的问题。
2 蓝宝石晶体主要生长方法2.1 坩埚下降法（VGF ）坩埚下降法的基本原理如图1所示，其生长过程为：将晶体生长的原料装入坩埚内，使其通过具有单向温度梯度的生长炉（温度上高下低），随着坩埚逐渐向下的连续运动，固液界面沿着与其运动相反的方向定向生长，熔体自下而上凝固，从而实现晶体生长过程的连续性。
坩埚形状对于是否能成功获得优质的单晶具有决定性的作用，通过设计合适的坩埚尖端形状，使得只有一个晶粒长大，终止其他晶粒的生长，以成功获得单晶，也可以在坩埚底部放置加工成一定形状和取向的籽晶，以实现单晶生长。
采用坩埚下降法生长出的晶体内应力及位错密度大，但由于坩埚密封，晶体不易被污染，纯度较高。
2.2 热交换法（HEM）热交换法应用于蓝宝石晶体生长最早在1970年，由Schmid 和Viechnicki 提出[2]。
美国Crystal Systems 公司的S.Frederick 等人[3]将热交换法用于蓝宝石晶体生长已有30多年的历史。
目前热交换法所生长的晶体直径可达430mm [4]。
热交换法的长晶原理为：在电阻加热炉底部装有热交换器，内有冷却氦气流过。
装有原料的坩埚置于热交换器的上方，籽晶放于坩埚底部中心处。
当坩埚里面的原料被加热熔化后，籽晶由于底部热交换器的冷却作用并未熔化，此时加大氦气流量，从熔体中带走的热量增加，籽晶逐渐长大，最后使坩埚内的熔体全部结晶。
生长过程中，固液界面处的温度梯度是晶体生长的驱动力，熔体的温度可通过调节石墨加热器的功率来改变，而晶体的热量可以调节通过氦气的流量带走。
CrystalTech - 蓝宝石晶体生长炉和晶体生长技术
功能描述
全新热场选材及设计；寿命长达2年或更高；有效降低能耗及耗 材消耗，提高设备利用率 快速热场定位系统，提高工艺稳定性，提高设备利用率 万分级高精度电源管理系统，提高晶体品质和成晶率 内置隔离系统，集成式炉内退火及快速更换籽晶功能， 提高晶体品质及设备利用率 防粘锅设计，提高成晶率及坩埚寿命 冷却水入口温度±0.5℃，提高晶体品质和成晶率 先进真空管理及气体分配系统，提高成晶率及晶体品质 安全装置及互锁，提高安全性 先进温控系统功率控制、温度控制精度±1.0℃，减少了人为的 影响（闭环控制），提高成晶率及晶体品质
LED 级蓝宝石晶棒 LED级的蓝宝石晶棒加工成蓝宝石基板， 是LED外延制造的主要基板材料之一。 是LED的最主要的原材料，占LED成本的12%。
非LED 级蓝宝石晶棒 可加工成高档手表的表面、珠宝、首饰等高档消费品。 以及轴承，光学仪器，军事等用途。 目前，70%瑞士手表蓝宝石表面均来自于国内蓝宝石加工厂家
LSGTM蓝宝石晶体生长工艺
革新性热场设计：经高速计算机模拟验证，提高成晶率； 热场材料选择：降低能耗及耗材消耗，提高热场稳定性及设备 利用率；
Easy Repeat 热场定位系统设计：提高热场稳定性；
设备利用率及成晶率各提升约15%-20%
Drive your lighting way
CTSSTM切磨抛工艺
组织机构图
GM
VP （Sales)
VP （Marketing)
VP (Project team)
CFO
HR/Admin
Process manager
Project manager
Drive your lighting way 3
香港科瑞斯特公司
技术团队组成： 工艺团队：来自国内外晶体生长行业的顶尖晶体工艺研发人员，
蓝宝石单晶的生长技术及应用研究进展
· 880·2011年蓝宝石单晶的生长技术及应用研究进展范志刚1，刘建军1,2，肖昊苏1，张 旺1，关春颖3，苑立波3(1. 哈尔滨工业大学航天学院，哈尔滨 150001；2. 东北石油大学电子科学学院，黑龙江 大庆 163318；3. 哈尔滨工程大学理学院，哈尔滨 150001)摘 要：蓝宝石单晶因其优良的综合性能而成为最重要的中红外光学材料之一，在军民两用中都具有广泛的应用前景。
简述蓝宝石单晶的主要性能；综述蓝宝石单晶的几种重要生长方法及其最新研究成果，并分析了各制备方法的优缺点；介绍了蓝宝石单晶的应用领域及其一些最新成果；最后指出蓝宝石单晶今后的研究重点：(1)改进现有制备工艺及完善近尺寸成型技术；(2)完善蓝宝石单晶的超光滑加工理论及其技术体系。
关键词：蓝宝石单晶；提拉法；导模法；热交换法；光学窗口；整流罩中图分类号：O78 文献标志码：A 文章编号：0454–5648(2011)05–0880–12Research Progress on Growth Technique and Application of Sapphire Single CrystalF AN Zhigang 1，LIU Jianjun 1,2，XIAO Haosu 1，ZHANG wang 1，GUAN Chunying 3，YUAN Libo 3(1. School of Astronautics, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001; 2. School of Electronic Science, Northeast PetroleumUniversity, Daqing 163318, Heilongjiang; 3. College of Science, Harbin Engineering University, Harbin 150001, China)Abstract: Sapphire single crystal is one of the most important mid-infrared optical materials due to its excellent overall performance in both military and civil applications. This review represents the major properties of sapphire single crystal. The growth methods and recent work on the sapphire single crystal are reviewed. The advantages and disadvantages of different growth methods are analyzed. Recent work on the sapphire single crystal applications is summarized. Further studies on the sapphire single crystal involve: (1) im-provement of growth methods and the near-net-shaping technology, and (2) improvement of the theory and technology system on the ultra-smooth machining for the sapphire single crystal.Key words: sapphire single crystal; Czochralski method; edge defined film fed growth method; heat exchanger method; optical win-dow; dome现代国防科学与技术的不断进步，军事战略与战术的发展变化，使得导弹武器已成为世界多国优先发展和竞相购买的武器装备。
我国蓝宝石晶体生长技术的现状与发展趋势
作者简介： 李留臣（ 1963-） ，男，河南省人，博士，高级工程师。E-mail： llctl@ sina． com
222
人工晶体学报
第 41 卷
明了焰熔法、提拉法、下降法、导模法、泡生法和热交换法等多种生长方法。目前我国主流的蓝宝石晶体生长 工艺是焰熔法、提拉法、泡生法、导模法、下降法及热交换法，每种方法都有各自的特点，对各种方法的进一步 研究，能够更好地推动我国蓝宝石晶体的规模化生产。
垂直水平温度梯度法是在垂直温度梯度法的基础 上发展起来的。如图 7 所示。该方法采用电阻加热，使 长方形坩埚的原料熔化，通过底部的热量传导板使热场
形成自下而上的温度梯度的同时也形成由中间至两端
的温度梯度，使得晶体从坩埚底部不断向上、向两端同
时生长从而形成完整单晶体，该技术的热场设计及温度
梯度控制应十分精确。由于该技术在晶体生长过程中
2． 2 提拉法 Czochralski（ CZ）
该方法的创始人是 Czochralski，于 1918 年发表该技术的学术论文，简称 CZ 法。 该方法是熔体生长最常用的方法之一，也是较早发明的晶体生长方法。很多重要的实用晶体是用这种 方法制备的，早期的蓝宝石晶体生长主要以提拉法进行生长。 提拉法的基本情形如图 2 所示。将多晶原料装在坩埚中，并被加热到原料的熔点以上将坩埚内的原料 熔化，在坩埚的上方有一根可以旋转和升降的提拉杆，杆的下端装有籽晶［2］。降低提拉杆，使籽晶插入熔体
1引 言
蓝宝石晶体作为一种具有优异光学性能、机械性能和化学稳定性的功能材料，具有强度高、硬度大、耐高 温、抗腐蚀等诸多优点，被广泛的应用于军事、航空航天、激光技术、高档日用品等领域。另外、蓝宝石又作为 一种重要的技术晶体，以其独特的晶格结构，良好的物理化学性质成为 LED 发光二极管半导体照明、大规模 集成电路 SOI 、SOS 及超导纳米结构薄膜等最理想衬底材料［1］。特别是近几年，随着世界各国特别是我国政 府对 LED 照明技术推广应用的重视，有力地推动了蓝宝石生长技大，也使得蓝宝石晶体的研究与生产成为目前最具发展活力的产业之一。
蓝宝石晶体生长技术
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（4）热力学特性：2050℃左右的熔点，加之优越的化学、机械 及光学特性，使蓝宝石晶体广泛应用于许多苛刻的加工环境中。
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2
天然蓝宝石可以分为蓝色蓝宝石和艳色（非蓝色）蓝宝 石。宝石市场上把深蓝色和带有紫色的蓝宝石称为“男性蓝 宝石”，浅色蓝宝石称为“女性蓝宝石”。
国际宝石界把蓝宝石定为“九月生辰石”，象征忠诚与坚 贞。据说蓝宝石能保护国土和君王免受伤害，有“帝王石” 之称。
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3
世界七大蓝宝石产地：
1.印度克什米尔 2.缅甸抹谷 3.斯里兰卡 4.泰国 5.中国（山东昌乐） 6.澳大利亚 7.柬埔寨马德望
（3）α- Al2O3 :C晶体420nm处的发射峰正好处于光电倍增管响 应的最佳峰值，在低剂量条件下， α- Al2O3 :C晶体探测器可重复 使用且无需退火处理。
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蓝宝石单晶最早于20世纪50年代被美国Wisconsin大学的Daniels 发现具有优良的热释光(thermoluminescence，TL)性能，但它对γ射 线的热释光灵敏度很低。为改善蓝宝石单晶的热释光性能，相继研制
金刚石虽有最理想的光学、力学和热学性能，但因体金刚石用作 独立的红外光学窗口和整流罩尚存在一些技术瓶颈而离实际应用还 有一段距离。
氟化镁(MgF2)虽有良好的光学性能及成熟用蓝宝石单晶做成的 红外光学窗口和整流罩，的制备技术，但其机械强度很低。
氮氧化铝(AlON)虽有较高的机械强度，但其截止波长较短，且 其透过率随温度变化明显。
蓝宝石晶体制作实习报告
实习报告一、实习背景及目的随着科学技术的不断发展，晶体材料在光学、电子、声学等领域具有广泛的应用。
蓝宝石晶体因其卓越的物理、化学性能以及美观的外观而受到广泛关注。
本次实习旨在了解蓝宝石晶体的生长原理，掌握蓝宝石晶体的制作方法，提高实践操作能力。
二、实习内容与过程1. 实习准备在实习开始前，指导老师为我们讲解了蓝宝石晶体的生长原理、制作流程及注意事项。
我们准备了所需的实验仪器、药品和材料，包括烧杯、酒精灯、石棉网、铁架台、温度计、硫酸铜粉末、玻璃棒等。
2. 实验步骤（1）在烧杯中加入100ML蒸馏水，加热至比室温高10～20℃，然后加入足量硫酸铜粉末，用玻璃棒不断搅拌，直到饱和（有少量晶体不能再溶解）。
（2）趁热将溶液过滤到一个已加热的烧杯中，用硬纸片盖好，静置一夜，使其缓慢降温，析出蓝宝石晶体。
（3）第二天观察到杯底出现小晶体，每个约长0.5CM。
我们取出一个晶体较完整的，用丝线绑住，系在一根木棍上。
（4）将原来的硫酸铜溶液加热到比室温高5～10℃，添加少量硫酸铜，使其再次饱和。
（5）将已绑好的小蓝宝石晶体放入微热饱和硫酸铜溶液中，注意使其被完全浸没，且不能碰到杯壁或杯底。
（6）用硬纸片盖好，静置过夜；每天观察，重复上述操作。
3. 实习注意事项（1）在操作过程中，严格控制溶液的温度，加热时要把晶体取出，等溶液温度均匀后再将晶体浸入。
（2）注意环境温度的变化，应使饱和溶液缓慢冷却，以保证晶体的质量。
（3）所用容器必须保持洁净，避免污染晶体。
三、实习收获与体会通过本次实习，我深刻了解了蓝宝石晶体的生长原理和制作过程。
在实际操作中，我掌握了硫酸铜溶液的饱和度控制、晶体的提取和培养等关键技术。
同时，我还学会了如何观察晶体生长情况，并对其进行有效管理。
本次实习不仅提高了我的实践操作能力，还培养了我对科学实验的兴趣。
我认识到，在晶体生长过程中，耐心和细心至关重要。
只有严格控制实验条件，才能获得高质量的晶体。
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蓝宝石晶体生长技术回顾
引言
不少群众提出意见，博主说了这多不行的,能不能告诉广大投身蓝宝石长晶事业的什么设备行？说实话,这真的是为难我了!怎么讲?举个例子吧,Kｙ技术设备在Ｍono手里还真的是Ｋy，但到了你手里可能就是ＹＹ了。
可能你觉得受打击了，可是没有办法啊，事实如此啊,实话听起来往往比较刺耳!本博主前面发表的《从缺陷的角度谈谈蓝宝石生长方向的选择》博文,迄今为止只有寥寥无几群众真正看出精髓所在..........．．.．.．...........．..．...不服气群众可以留言谈谈自己了解了什么？
古人云“博古通今”、“温故知新”,我觉得很有道理,技术之道也是如此。
如果没有对以往技术的熟练掌握、熟知精髓所在，没有对以往技术的总结提炼,你就不可能对一个新技术真正的掌握。
任何新技术新设备到你手里，充其量你只是一个熟练操作工而已。
还觉得不信的话,我就在这篇博文里用大家认为最古老的火焰法宝石生长的经验理论总结来给大家进行目前流行的衬底级蓝宝石晶体生长进行理论指导。
蓝宝石晶体生长技术简介
ﻫ
焰熔法(flamｅfｕｓｉoｎtechnique）&维尔纳叶法(Veｒneuil ｔｅchniqｕe）１885年由弗雷米（Ｅ. Frｅmｙ）、弗尔(E．Fｅiｌ)和乌泽（Wyse）一起，利用氢氧火焰熔化天然的红宝石粉末与重铬酸钾而制成了当时轰动一时的“日内瓦红宝石”。
后来于１902年弗雷米的助手法国
的化学家维尔纳叶（Ｖerneuiｌ)改进并发展这一技术使之能进行商
业化生产。
因此，这种方法又被称为维尔纳叶法。