高纯氧化铝的”最大买家”: 蓝宝石，你知道多少

蓝宝石晶体由纯度> 99.995% 的高纯氧化铝微粉生长而成，是高纯氧化铝的最大需求领域。它具有高强度，高硬度和稳定的化学性能的优点，可以在高温，腐蚀和冲击等恶劣环境下工作。它广泛应用于国防和民用技术、微电子技术等领域。

一

蓝宝石

在国防领域，蓝宝石晶体主要用于导弹的红外窗口。现代战争对导弹的精度要求很高，而导弹的红外光学窗口是实现这一要求的关键部件。考虑到导弹在高速飞行环境下会受到较强的气动热和冲击力，再加上作战环境恶劣，整流罩必须具有较高的强度和抗攻击性，以及一定的抗风沙、雨水等恶劣天气侵蚀性能。蓝宝石晶体具有透光性好、力学性能优良、化学性能稳定等优点，已成为导弹红外窗的理想材料。

LED基板应用最大的是蓝宝石，LED应用于照明是继荧光灯和节能灯之后的第三次革命。LED的原理是将电能转化为光能。当电流通过半导体时，空穴和电子结合，多余的能量被释放为光能，最终产生发光照明的效果。LED芯片技术基于外延片，它是由气态材料逐层沉积在衬底上。衬底材料主要包括硅衬底、碳化硅衬底和蓝宝石衬底。其中，蓝宝石衬底与其他两种衬底相比具有明显的优势。蓝宝石衬底的优势主要体现在器件稳定、制备技术成熟、不吸收可见光、透光性好、价格适中等方面，数据显示，全球80% 的LED企业采用蓝宝石作为衬底材料。

除上述领域外，蓝宝石水晶还可用于手机屏幕，医疗设备，珠宝装饰等领域。此外，它们还可以用作透镜和棱镜等各种科学检测仪器的窗口材料。

二

市场规模及前景

基于政策支持和LED芯片应用场景增长，蓝宝石衬底需求和市场规模将面临两位数增长。预计蓝宝石衬底出货量2025年将达到1.03亿片 (按4英寸衬底折算)，提升63% 2021年，2025年2021年复合增长率有望达到13%。2025年，蓝宝石衬底市场规模将达到80亿个，向上108 2021年，市场规模复合增长率有望达到20% 2021年2025年。蓝宝石晶体作为衬底的 “前身”，其市场规模和增长趋势可见一斑。

三

蓝宝石水晶

自1891起，法国化学家维尔纳·叶 (Verneuil，A) 首次发明火焰熔融法生产人造宝石晶体。到目前为止，对人工生长的蓝宝石晶体的研究已经有100多年的历史了。在此期间，由于科学技术的进步和发展，为了满足工业生产对蓝宝石晶体质量的要求，提高晶体产品的利用率，降低生产成本，蓝宝石生长技术得到了广泛的研究，并且出现了许多生长蓝宝石晶体的新方法和新技术，如提拉法、气泡生长法、导模法、热交换法等。

举升法

Tirafa是由Czochralski和J 1918年开创的，因此它也被称为 “Chakrasky” 技术，或简称Cz Tirafa。1964，Poladino，AE和Rotter，BD首先将这种方法应用于蓝宝石晶体的生长。到目前为止，已经生产了大量高质量的蓝宝石晶体，其原理是:首先将原料加热到熔点，然后形成熔化的汤，然后使用单晶晶种 (即晶种) 接触熔化的汤的表面，并由于晶种与熔融汤之间的固液界面上的温差而形成过冷，因此熔融汤开始在晶种表面凝固并开始生长具有与晶种相同晶体结构的单晶。同时，将晶种缓慢向上拉并以一定速度旋转。随着晶种的抬起，熔融的汤在固液界面处逐渐凝固，然后形成单晶。这是一种利用晶种从熔融汤中拉晶和生长晶体的方法，可以从熔融汤中制备高质量的单晶，是常用的晶体生长方法之一。

是 :( 1) 生长速度快，可以在短时间内生长出高质量的单晶;(2) 晶体在熔融汤表面生长，不接触坩埚壁，能有效降低晶体的内应力，提高晶体质量。但是，这种生长晶体的方法有一个主要缺点: 可以生长的晶体直径很小，这不利于大尺寸晶体的生长。

气泡生长法

气泡法，由Kyropouls 1926年发明，简称KY法，原理类似于Tatchlar方法。，即晶种 (晶种) 接触熔汤表面后缓慢拉起，但在晶种拉起一段时间后形成晶颈，熔汤凝固速率与晶种界面稳定后，晶种不再拉起，也不再旋转，只能通过控制冷却速度使单晶从上方逐渐凝固，最终形成单晶。

泡沫法生产的产品具有质量高，缺陷密度低，尺寸大，成本效益更好的特点。

导模法

导模法作为一种异形晶体生长技术，其应用原理是:通过将高熔点熔体放入模具中，在模具毛细作用的影响下将熔体吸到模具中，实现与籽晶的接触，在籽晶提拉和连续凝固的条件下可以形成单晶。同时，模子的边沿尺寸和形状对晶体尺寸有必定的限制。因此，该方法在应用过程中具有一定的局限性，并且仅适用于管状，u型蓝宝石晶体。

热交换法

热交换方法是由弗雷德施密德和丹尼斯1967年发明的。该换热系统保温效果好，可独立控制熔体和晶体的温度梯度，可控性好，易于生长低位错、大尺寸的蓝宝石晶体。

采用热交换方法生长蓝宝石晶体，具有晶体生长时坩埚、晶体和加热器不移动的优点，消除了气泡生长法和拉拔法等拉伸作用，减少了人为干扰因素，从而避免了机械运动造成的晶体缺陷。同时可以控制冷却速度，减少晶体的热应力及由此产生的晶体开裂和位错缺陷，可以生长出较大尺寸的晶体，操作简便，具有良好的发展前景。