藍(lán)寶石晶體生長技術(shù)回顧

1、藍(lán)寶石晶體生長技術(shù)回顧 引 言 不少群眾提出意見，博主說了這多不行的，能不能告訴廣大投身藍(lán)寶石長晶事業(yè)的什么設(shè)備行？說實(shí)話，這真的是為難我了！怎么講？舉個(gè)例子吧，Ky技術(shù)設(shè)備在Mono手里還真的是Ky，但到了你手里可能就是YY了。 可能你覺得受打擊了，可是沒有辦法啊，事實(shí)如此啊，實(shí)話聽起來往往比較刺耳！本博主前面發(fā)表的從缺陷的角度談?wù)勊{(lán)寶石生長方向的選擇博文，迄今為止只有寥寥無幾群眾真正看出精髓所在.不服氣群眾可以留言談?wù)勛约毫私饬耸裁矗?古人云“博古通今”、“溫故知新”，我覺得很有道理，技術(shù)之道也是如此。如果沒有對以往技術(shù)的熟練掌握、熟知精髓所在，沒有對以往技術(shù)的總結(jié)提煉，你就不可能對一個(gè)新

2、技術(shù)真正的掌握。任何新技術(shù)新設(shè)備到你手里，充其量你只是一個(gè)熟練操作工而已。 還覺得不信的話，我就在這篇博文里用大家認(rèn)為最古老的火焰法寶石生長的經(jīng)驗(yàn)理論總結(jié)來給大家進(jìn)行目前流行的襯底級藍(lán)寶石晶體生長進(jìn)行理論指導(dǎo)。 藍(lán)寶石晶體生長技術(shù)簡介焰熔法（flame fusion technique）&維爾納葉法（Verneuil technique） 1885年由弗雷米（E. Fremy）、弗爾（E. Feil）和烏澤（Wyse）一起，利用氫氧火焰熔化天然的紅寶石粉末與重鉻酸鉀而制成了當(dāng)時(shí)轟動(dòng)一時(shí)的“ 日內(nèi)瓦紅寶石”。后來于1902年弗雷米的助手法國的化學(xué)家維爾納葉（Verneuil）改進(jìn)并發(fā)展這一技術(shù)使

3、之能進(jìn)行商業(yè)化生產(chǎn)。因此，這種方法又被稱為維爾納葉法。 弗雷米（E. Fremy）、弗爾（E. Feil）和烏澤（Wyse）這幾個(gè)哥們實(shí)際上就是做假珠寶的，一群有創(chuàng)新精神的專業(yè)人士。 博主對兩類造假者比較佩服，一類是以人造珠寶以假亂真的，一類是造假文物的。首先、他們具有很高的專業(yè)素養(yǎng)；其次、他們也無關(guān)民生大計(jì)；還有利于社會(huì)財(cái)富的再分配。 至于火焰法簡單的描述我就不啰嗦了，我講講一些你所不知道的火焰法長寶石的一些前人總結(jié)；這些總結(jié)和經(jīng)驗(yàn)對今天的任何一種新方法長藍(lán)寶石單晶都是有借鑒意義的。 100多年來火焰法工作者在氣泡、微散射，晶體應(yīng)力和晶體生長方向的關(guān)系，晶體生長方向與缺陷、成品率之間的關(guān)系做

4、了大量的數(shù)據(jù)總結(jié)，可以講在各個(gè)寶石生長方法中研究數(shù)據(jù)是最完備的。在這篇博文里我只講講個(gè)人認(rèn)為對其他方法有借鑒意義的一些總結(jié)。 微氣泡&微散射問題 火焰法所用的氧化鋁原料是采用焙燒硫酸鋁方法所制備的，這個(gè)方法制備的原料目前也大量用于其他方法的生長寶石晶體，比如提拉、EFG、HEM、坩鍋下降法類等等；你所見到的熔融塊狀料顆粒氧化鋁料都屬于這一類。 這種方法制備原料過程中，有時(shí)候焙燒溫度過低時(shí)，硫酸鋁按未能完全分解，氧化鋁粉中臺(tái)有大量的硫酸鋁(火焰法行業(yè)習(xí)慣稱之“欠燒粉”)。在原料中或生成的熔融塊狀料顆粒氧化鋁料帶有微量的硫酸鋁，生長晶體時(shí)硫酸鋁再次分解，使晶體內(nèi)殘存氣泡、不熔物等。 原料中含有過量

5、的Ca、Mg等雜質(zhì)也會(huì)引起開裂；K含量過高時(shí)散射顆粒沿中心密集分布；以上幾種雜質(zhì)往往是焙燒硫酸鋁法最難去除的，其他方法采用熔融塊狀料顆粒料生長藍(lán)寶石晶體的也會(huì)出現(xiàn)以上類似問題。 順帶要提一下的是顏色問題，在生長火焰法白寶石的時(shí)候?yàn)榱颂岣甙讓毷某善仿剩ㄏ旅鏁?huì)提到，主要是減少開裂），往往需要要進(jìn)行摻雜一些金屬離子；在氧化性的氣氛下這些離子是不顯色的，在還原性氣氛下這些離子開始顯色。所以在制備氧化鋁挑選原料的時(shí)候有意識(shí)的挑選一些相關(guān)離子含量高的鋁土，制備的氧化鋁中有些金屬離子偏高。 而在坩鍋下降、HEN、Cz、泡生法等等方法中，統(tǒng)統(tǒng)是還原性氣氛；所以晶體會(huì)出現(xiàn)形形色色的彩色。 晶體應(yīng)力和晶體生長方

6、向的關(guān)系 火焰法所說的成品率，僅指晶體生長結(jié)束是否炸裂和梨晶分成兩個(gè)半片后的開裂情況。在其他晶體生長領(lǐng)域?qū)嶋H上指的就是應(yīng)力的問題，從以上圖表可以看出，C向長的晶體應(yīng)力是最大的所以成品率最低；當(dāng)晶體取向?yàn)?0一70時(shí)，縱向和橫向應(yīng)力均等，晶體不輕易發(fā)生縱裂和橫裂，成品率高。當(dāng)晶體超過75度取向時(shí)，逐漸轉(zhuǎn)向橫裂，A向生長時(shí)的方向是比較接近60一70的。 又一個(gè)側(cè)面論證了寶石哪個(gè)方向是更適合于晶體生長。 晶體生長方向與缺陷的關(guān)系 藍(lán)寶石晶體的主要缺陷為位錯(cuò)線（EPD）和鑲嵌結(jié)構(gòu)（差排線：影響單晶性）；鑲嵌結(jié)構(gòu)是由大量位錯(cuò)集中產(chǎn)生的或是位錯(cuò)線高溫下運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的。火焰法生長的寶石位錯(cuò)密度和晶體生長方向有關(guān)

7、，C的位錯(cuò)密度大約是A向的10100倍。 鑲嵌結(jié)構(gòu)的形成和很多生長條件有關(guān)，但生長方向是一個(gè)主要原因?；鹧娣ňw大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)總結(jié)證明，C向生長的晶體最不完整，鑲嵌結(jié)構(gòu)約占70%；而A向生長的鑲嵌結(jié)構(gòu)約占11%；取向73的晶體鑲嵌結(jié)構(gòu)約占33%。 同時(shí)火焰法的工作總結(jié)也很好的告訴了我們，寶石晶體如何選擇退火溫度以及如何退火。參考文獻(xiàn)：1：剛玉晶體制造（1968）2：Curtis，D.A.and Thorp，J.S；Brit .J .of Appl.Phys；16，734（1965）3：Stephens,D.L.and Alford,W.J;J of Amer.Cer.Soc;47,81(1964

8、)4：中國科學(xué)院物理所紅寶石組，實(shí)驗(yàn)工作數(shù)據(jù)，（1964）提拉法（pulling technique）&丘克拉斯基法（Czochralski technique） 世界500強(qiáng)公司中的霍尼韋爾和圣戈班都采用過Cz法進(jìn)行藍(lán)寶石晶體生長；后來霍尼韋爾把藍(lán)寶石晶體生長事業(yè)部賣給了中國重慶四聯(lián)，四聯(lián)目前又從烏克蘭引進(jìn)了泡生法救急；圣戈班則把藍(lán)寶石事業(yè)部賣給了中國上海的超硅，一堆精英組成的很牛的公司。 呵呵，這兩家公司是否能把Cz發(fā)揚(yáng)光大，超越他們的原來主人？我們拭目以待！Kyropoulos法 該方法是目前市場上襯底藍(lán)寶石材料來源的主流，以俄羅斯的MonoCrystal 和 美國的RUBICON為代表

9、。 關(guān)于Ky的種種說法和版本，請參看從各個(gè)版本的Ky反映出的民族特性。坩鍋下降法及其變種溫度梯度法 Temperature gradient technique (TGT)熱交換Heat Exchange Method具體分析見博文神壇上的美國藍(lán)寶石晶體生長設(shè)備。導(dǎo)模法Edge-Defined film-Fed Method具體分析見博文日本韓國藍(lán)寶石生長水平淺析。代表公司為 Russia ROSTOX-N Co; Japan Kyocera主要用途：窗口材料；水熱法和熔鹽法 把這兩種方法放在一起介紹主要是因?yàn)樗鼈兌际怯糜谥閷毴嗽鞂毷墑傆竦纳L，都是人造寶石中的高端產(chǎn)品。 水熱法是利用高溫高壓的水溶液使那些在大氣條件下不溶或難溶的的物質(zhì)溶解，或反應(yīng)生成該物質(zhì)的溶解產(chǎn)物，通過控制高壓釜內(nèi)溶液的溫差使產(chǎn)生對流以形成過飽和狀態(tài)而析出生長晶體的方法。 自然界熱液成礦就是在一定的溫度和壓力下，成礦熱液中成礦物質(zhì)從溶液中析出的過程。水熱法合成寶石就是模擬自然