什么是 蓝宝石
蓝宝石 是一种珍贵的 宝石, 各种矿物刚玉, 由氧化铝组成 (α-Al2O3) 含有微量元素，如铁, 钛, 铬, 钒, 或镁。蓝宝石这个名字来源于拉丁语 “萨菲尔” 和希腊人 “蓝宝石”, 两者都意味着蓝色.
它通常是蓝色的, 但很自然 “想要” 蓝宝石也有黄色, 紫色的, 橙, 和绿色; “派对蓝宝石” 显示两种或多种颜色. 红刚玉石也会出现, 但被称为红宝石而不是蓝宝石.
根据产地，粉色刚玉可分为红宝石或蓝宝石. 常见, 天然蓝宝石被切割和抛光成宝石并佩戴在珠宝中. 它们也可以在实验室中合成制造，用于工业或装饰目的的大型水晶晶锭.
由于蓝宝石具有非凡的硬度 – 9 莫氏硬度计 (第三硬的矿物, 钻石之后 10 和莫桑钻在 9.5) – 蓝宝石也用于一些非装饰性应用, 例如红外光学元件, 高耐用窗户, 手表水晶和机芯轴承, 和非常薄的电子晶圆, 用作集成电路和GaN基蓝色LED等特殊用途固态电子器件的绝缘基板.
天然蓝宝石
蓝宝石 是刚玉的两个宝石品种之一, 另一个是红宝石 (定义为红色刚玉). 虽然蓝色是最著名的蓝宝石颜色, 它们以其他颜色出现, 包括灰色和黑色, 也可以是无色的. 一种粉橙色蓝宝石称为帕帕拉恰.
澳大利亚发现大量蓝宝石矿床, 阿富汗, 柬埔寨, 喀麦隆, 中国 (山东), 哥伦比亚, 埃塞俄比亚, 印度 (克什米尔), 肯尼亚, 老挝, 马达加斯加, 马拉维, 莫桑比克, 缅甸 (缅甸), 尼日利亚, 卢旺达, 斯里兰卡, 坦桑尼亚, 泰国, 美国 (蒙大拿) 和越南. 蓝宝石和红宝石经常出现在相同的地理环境中, 但它们通常有不同的地质构造. For example, 缅甸抹谷矿区同时发现红宝石和蓝宝石, 但红宝石是在大理石中形成的, 而蓝宝石则形成于花岗伟晶岩或刚玉正长岩中.
每个蓝宝石矿都生产各种品质的蓝宝石, 原产地并不能保证质量. 对于蓝宝石, 克什米尔获得最高溢价, 虽然缅甸, 斯里兰卡, 马达加斯加也出产大量优质宝石.
天然蓝宝石的成本因其颜色而异, 明晰, 尺寸, 切, 和综合素质. 完全未经处理的蓝宝石的价值远远高于经过处理的蓝宝石. 产地也对价格有重大影响. 对于大多数一克拉或以上的宝石, 来自 GIA 等受人尊敬的实验室的独立报告, 莲花宝石学, 或SSEF, 买家在购买前通常会要求.
颜色
除蓝色以外的其他颜色的蓝宝石称为 “想要” 或者 “杂色的” 蓝宝石。彩蓝宝石通常呈黄色, 橙, 绿色的, 棕色的, 紫色和紫罗兰色调.
合成蓝宝石
在 1902, 法国化学家 Auguste Verneuil 宣布了一种生产合成红宝石晶体的工艺. 在火焰融合中 (韦尔纳伊过程), 将细氧化铝粉添加到氢氧火焰中, 这是向下指向陶瓷基座. 红宝石合成成功后, Verneuil 将精力集中在蓝宝石上. 蓝色蓝宝石的合成问世 1909, 对蓝宝石进行化学分析后，韦尔纳伊发现铁和钛是造成蓝色的原因. Verneuil 于 2007 年获得了合成蓝宝石生产工艺的专利。 1911.
该过程的关键是氧化铝粉末在穿过火焰时不会熔化. 相反，它在基座上形成一个烧结锥体. 当圆锥体的尖端到达火焰最热的部分时, 尖端融化. 因此晶体生长是从一个微小的点开始的, 确保最小应变.
下一个, 更多的氧气被添加到火焰中, 使其燃烧得稍微热一些. 这会横向扩展正在生长的晶体. 同时, 基座以与晶体垂直生长相同的速度降低. 火焰中的氧化铝慢慢沉积, 创建一个泪滴形状 “滚球” 蓝宝石材质的. 继续此步骤直至达到所需的尺寸, 火焰关闭，晶体冷却. 由于火焰和周围空气之间的高热梯度，现在拉长的晶体包含很大的应变. 为了释放这种压力, 现在的手指形状的水晶将用凿子敲击，将其分成两半.
由于晶体的垂直分层生长和弯曲的上生长表面 (从一滴开始), 晶体将沿着晶锭的顶面显示出弯曲的生长线. 这与天然刚玉晶体形成对比, 具有从单点扩展并遵循平面晶面的角生长线.
该产品的原材料 蓝宝石 基板是一根水晶棒, 晶棒由蓝宝石水晶加工而成. 相关制造工艺如下; 晶棒的培养是蓝宝石衬底制造过程中最关键的.
应用领域
1.窗户
合成的 蓝宝石-有时称为蓝宝石玻璃 - 通常用作窗口材料, 因为它对波长之间的光高度透明 150 纳米 (紫外线) 和 5500 纳米 (和) (可见光谱延伸约 380 纳米到 750 纳米), 并且非常耐刮擦.
主要优点 蓝宝石 窗户是:
1.从紫外到近红外的非常宽的光学传输频带, (0.15–5.5微米)
2.明显强于其他光学材料或标准玻璃窗
3.高度耐刮擦和耐磨 (9 矿物硬度的莫氏硬度, 仅次于莫桑石和钻石的第三硬的天然物质)
4.极高的熔化温度 (2030 ℃)
单身的 蓝宝石水晶 通过泡生法生长的晶锭. 大约 200 毫米 (8 作者) 在直径上, 大约重 30 公斤 (66 磅).
一些蓝宝石玻璃窗是由以特定晶体方向生长的纯蓝宝石晶锭制成的, 通常沿着光轴, c轴, 以获得应用的最小双折射.
将晶锭切成所需的窗口厚度，最后抛光至所需的表面光洁度. 由于其晶体结构和硬度，蓝宝石光学窗口可以抛光至各种表面光洁度. 光学窗口的表面光洁度通常按照全球采用的 MIL-O-13830 规范通过划痕规范来表示.
这 蓝宝石 窗口用于光谱学的高压室和真空室, 各种手表中的水晶, 以及杂货店条码扫描仪的窗户，因为该材料卓越的硬度和韧性使其非常耐刮擦.
在 2014 苹果消耗 “全球四分之一的蓝宝石用于覆盖 iPhone 的相机镜头和指纹识别器。”
为了使智能手机的蓝宝石屏幕变得可行，已经进行了多次尝试. Apple 签约 GT Advanced Technologies, 公司. 为 iPhone 制造蓝宝石屏幕, 合资失败导致 GTAT 破产. Kyocera Brigadier 是第一款配备蓝宝石屏幕的量产智能手机.
它用于一些高功率激光管的端窗，因为其宽带透明度和导热性使其能够处理红外或紫外光谱中非常高的功率密度，而不会因加热而退化.
与氧化锆和氧氮化铝一起, 合成蓝宝石用于装甲车和各种军用防弹衣的防碎窗户, 与复合材料相关.
一种类型的氙弧灯 - 最初称为 “塞麦克斯” 现在通常被称为 “陶瓷体氙灯” – 使用蓝宝石水晶输出窗口. 与带有纯二氧化硅窗口的传统氙灯相比，该产品可承受更高的热负载，因此具有更高的输出功率
2. 作为基材 半导体的 电路
薄蓝宝石晶圆是首次成功使用绝缘基板，在其上沉积硅以制造称为蓝宝石上硅或的集成电路。 “求救”; 现在其他基板也可用于更普遍称为绝缘体上硅的电路类别. 除了其优异的电绝缘性能, 蓝宝石具有高导热性. 蓝宝石上的 CMOS 芯片对于高功率射频特别有用 (射频) 诸如蜂窝电话中的应用, 公共安全频段无线电, 和卫星通信系统. “求救” 还允许将数字和模拟电路全部集成在一个 IC 芯片上, 以及极低功耗电路的构建.
在一个过程中, 单晶蓝宝石晶锭生长后, 它们被钻入圆柱形棒中, 然后从这些核心上切下晶圆.
单晶蓝宝石晶圆也用于半导体工业作为生长基于氮化镓的器件的基板 (氮化镓). 蓝宝石的使用大幅降低了成本, 因为它的成本约为锗的七分之一. 蓝宝石上的氮化镓常用于蓝色发光二极管 (LED).
3. 在激光领域
第一台激光器诞生于 1960 由 Theodore Maiman 设计，带有一根合成红宝石棒. 钛蓝宝石激光器之所以受欢迎，是因为它们具有相对罕见的能力，可以调谐到电磁波谱的红色和近红外区域的各种波长. 它们还可以轻松锁模. 在这些激光器中，用特殊灯发出的强光照射合成生产的含有铬或钛杂质的蓝宝石晶体, 或其他激光, 产生受激发射.
4. 在内置假体中
单晶蓝宝石具有相当的生物相容性，并且蓝宝石-金属对的磨损极低，因此引入了 (在乌克兰) 用于髋关节假体的蓝宝石单晶
