不同生长方法的蓝宝石颜色问题浅析

不同生长方法的蓝宝石颜色问题浅析
(2013-03-06 18:24:26)
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分类：蓝宝石晶体
蓝宝石晶体
颜色问题
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杂谈
蓝宝石晶体生长
前言
恭祝大家在新的一年里有新的气象；好久不发表文章了，在这就说说为何停顿这么久时间吧！首先肯定不会是因为接到某些官员的恐吓电话而不写博文了，是因为有很多更值得忙的事；这些就在最近的博文里慢慢论述吧！
在我的《笑话连篇——真假自动化》（2012-09-15 10:25:34）的评论中有这么一段留言“............HEM 的创始人Fred Schmid差不多80岁了，天才的人物还奋战在第一线搞技术，国人惭愧啊！”。

不管是洋人还是国人，Fred Schmid作为一个晶体生长的老工程师是值得尊敬。

不过这么舔洋人屁眼的话语我实在看不过去。

说这话的人实在是没有什么专业知识，也没见过什么世面。

如果Fred Schmid能称上天才人物的话，中国晶体生长界有太多人需要用“宇宙无敌”来形容了。

为了防止有人再发表“碳是黑色的，掺入蓝宝石晶体，晶体应该也是黑色.........”的笑话，就给大家分析一下不同方法生长出来的蓝宝石的颜色问题。

我讲的未必都对，听不听是你的事，怎么讲是我的事。

宝石材料的显色机理
众所周知，白光是一种混合光，由各种波长（各种颜色）混合显色的结果。

当白光入射的时候，如所有的光都通过的时候，则蓝宝石为无色；全部反射，则呈现白色；部分吸收，则呈现剩余光的颜色。

例如：吸收红光蓝宝石呈现青色；吸收黄光蓝宝石呈现紫色色；吸收绿光呈现蓝色；反之则反。

杂质离子的引入方式
蓝宝石材料呈现颜色的时候，一定是引入了杂质离子。

杂质离子的引入途径只有两个：途径化铝原料中的杂质；途径2是热场包括保温、发热体和坩埚引入的杂质。

（在下一篇博文《VHGF 原理和优劣浅析》中顺带讲讲各种生长方法杂质离子引入的几率高低问题）
不同生长方法的颜色分析
同样呈现红色，不同方法生长的蓝宝石晶体是不一样的。

使用石墨材料作为保温材料和发热体的方法呈现红色，基本上是由于碳吸收引起的（和硅单晶是一样的）；Ky 和 Cz 的红色往往是过渡离子引起的。

还有一类使用钼坩埚的方法，往往晶体在氧气氛中高温退火的时候会变成蓝色，这个是坩埚引入的钼离子引起的，需要还原成金属单质。

同种晶体生长方法，温场材料在不同的阶段和不同的使用条件会有不同的主要污染源。

（具体的污染几率，和离子的分凝系数问题在《VHGF 原理和优劣浅析》中探讨这类问题）
方法：HEM 杂质：C
方法：TGT
杂质：C
方法：KY
杂质：Cr2O3,TiO2, Fe2O3
方法：Cz
杂质：Cr2O3, TiO2, Fe2O3
同样红色不同方法不同杂质
方法：HEM
杂质：MoO2+ MoO3
方法：
Bridgman 杂质：MoO2 + MoO3
蓝紫色蓝宝石晶体
方法：HEM
杂质：C为主方法：HEM
杂质：MoO2 + MoO3为主方法：HEM
杂质：MoO2 + MoO3 +C混合温场材料在不同的阶段和不同的使用条件会有不同的主要污染源
紫外照射晶体变黄色的机理分析
方法：Ky；杂质：WO3 or NiO or 色心
蓝宝石晶体有时候会呈现黄色，黄色分晶体本身黄色和紫外照射下变黄色（晶体原来无色），这几类情况就要具体情况具体分析。

晶体本身呈黄色：
原因1：炉腔泄漏，杂质 WO3 （坩埚）or NiO（原料）；
原因2：炉腔无泄漏，色心（原料杂质和位错）or NiO（原料）；
晶体在紫外光照射下呈黄色：
原因是色心（原料杂质和位错）or NiO（原料）；
色心形成的可能机理是位错在高能量的波动干扰（紫外能级高）下形成的。

NiO黄色的机理如下：和大多数二元金属氧化物类似，氧化镍是一种非化学计量比化合物。

由于晶体缺陷或其他原因（如氧空位），氧化镍中的镍和氧原子比例不是严格的1:1，而是在1:1附近波动。

因此，受紫外光辐射下镍和氧原子比例发生变化，而材料颜色发生变化。

结束语
在下一篇博文里重点给大家讲讲VHGF，确保大家能够对这个方法有个本质的了解，以及各种方法和温场材料对杂质离子引入的几率高低做个初步的探讨，希望在这篇博文的评论中大家多提宝贵意见。

《VHGF原理和优劣浅析》。