文档介绍：蓝宝石晶体生长技术
蓝宝石英文名称为Sapphire,源于拉丁文Spphins,意思是蓝色;属于刚玉族矿物,三方晶系。宝石界将红宝石之外的各色宝石级刚玉都称为蓝宝石。
蓝宝石主要成分是氧化铝(Al2O3)。刚玉中因含有铁(Fe)和钛(Ti)等微量元素,而呈现蓝、天蓝、淡蓝等颜色,其中以鲜艳的天蓝色者为最好。
一、蓝宝石
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。
世界七大蓝宝石产地:
(山东昌乐)
蓝宝石的组成为氧化铝(Al2O3),是由三个氧原子和两个铝原子以共价键型式结合而成,其晶体结构为六方晶格结构,就颜色而言,单纯的氧化铝结晶是呈现透明无色的,因不同颜色元素离子渗透与生长中的蓝宝石,因而使蓝宝石显现出不同的颜色。在自然界中蓝宝石晶体内含有钛离子(Ti3+)与铁离子(Fe3+)时,会使晶体呈现而成为蓝色蓝宝石(Blue Sapphire)。当晶体内含有铬离子(Cr3+)时,会使晶体呈现红色,而成为红宝石(Ruby)。又当晶体内含有镍离子(Ni3+)时,会使晶体呈现黄色,而成为黄色蓝宝石。蓝宝石晶体在晶体的对称分类中属于中级晶族,三方晶系。
基本结构
二、蓝宝石
Al2O3分子结构
蓝宝石晶体结构图
(其中黑点为氧离子,白点为铝离子)
蓝宝石单晶是一种简单配位型氧化物晶体,呈各向异性,属六方晶系,晶格参数a=b=,c= 1 nm,α=β=90°,γ=120°。
-,覆盖真空紫外、可见、近红外到中红外波段,且在3-5μm波段具有很高的光学透过率;具有高硬度(仅次于金刚石)、高强度、高热导率、高抗热冲击品质因子的力学及热学性能;具有耐雨水、沙尘、盐雾等腐蚀的稳定化学性能;具有高表面平滑度、高电阻率及高介电性能。
这些优良的光学、力学、热学、化学及电学性能决定了它在军事及民用领域中的重要地位和作用。
基本性质
(1)化学稳定性:蓝宝石具有高度的化学稳定性,在绝大多数化学反应过程中不会被腐蚀。
(2)机械特性:蓝宝石单晶因其高硬度和高强度,可以在温度范围从超低温至1500℃高温之间的不同环境中保持高强度、耐磨耗与高度的稳定性。同时是目前已知的硬度最高的氧化物晶体材料,仅次于金刚石达莫氏9级。
(3)光学透过率:-,加之其优异的化学稳定性,抗磨损,高硬度和耐高温等特性,使蓝宝石制作的窗口片和传感器光学零件广泛应用于高真空系统、高温炉及其他苛刻的环境。
(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。
(5)耐磨损性:由于具有很高的硬度和透明度,是蓝宝石晶体常用于制作耐磨损窗口或其他精密机械零件。
(6)介电性能:有电介质绝缘、恒定的介电常数。
(7)蓝宝石还具有高拉伸强度、抗冲刷性、热导性、显著的抗热冲击性等性能。
晶体性能
化学式
Al2O3
晶体结构
六方晶系
晶格常数
a=b=,c=
α=β=90°,γ=120°
空间群
R3c
单位晶胞中的分子数
2
光学性能
透过波段(μm)
-6(-5范围内T≈80%)
dn/dt(/K ***@633nm)
13x10-6
折射率
n0= ne=
吸收系数α
3μm—
4μm—
5μm—
折射系数n
3μm—
4μm—
5μm—