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DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2017.25.104
摘 要：蓝宝石单晶由于其优良的综合性能而成为当前重要的技术晶体材料之一，在军用和民用等各个领域都具有广泛的应用，尤其最近几年手机终端厂家计划将蓝宝石晶体材料导入智能手机等消费类电子的设计和制造。本文简述了蓝宝石单晶的主要性能，主要介绍了热交换法和泡生法两种主要的蓝宝石单晶生长方法并对比分析了每种方法的特点，最后概括了蓝宝石单晶目前及今后的主要发展方向，指出未来消费类电子产品对蓝宝石人工晶体的需求将是主流。综合不同长晶方法的各自特点分析后，得出热交换蓝宝石长晶法最合适规模化量产，最有可能在不断地增加晶体直径的情况下保持甚至提高晶锭的利用率，从而降低生产成本，是最适合手机等消费类电子产品的长晶方法，符合未来市场需求。
关键词：消费类电子 蓝宝石手机盖板 泡生法 大尺寸蓝宝石单晶 热交换法
中图分类号：O78 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）09（a）-0104-03
Abstract： Sapphire single crystal has become one of the most important technical crystal materials due to its excellent comprehensive performance. It has a wide range of applications in military and civil areas. In recent years， mobile phone manufacturers plan to introduce sapphire crystal material into smart mobile phone and other consumer electronic devices manufacturing. In this paper， the main properties of sapphire single crystal are briefly introduced. The main methods of heat exchange method and KY method are introduced. The characteristics of each method are analyzed and compared. Finally， the present and future of sapphire development direction， pointed out that consumer electronics products on the demand for sapphire crystal will be the mainstream. Based on the analysis of the characteristics of different crystal growth methods， it is concluded that the heat-exchanged sapphire crystal growth method is the most suitable for mass production， and it is most likely to maintain or even increase the utilization rate of ingot in the case of increasing the crystal diameter， with low cost， is the most suitable for mobile phones and other consumer electronic products，in line with future market demand.
Key Words： Consumer electronic devices； Sapphire mobile phone screen cover； KY method； Large size sapphire single crystal； Heat exchange method
藍宝石化学组成为氧化铝，是由3个氧原子和两个铝原子以共价键型式结合而成的晶体，其晶体结构为六方晶格结构。分为天然蓝宝石晶体和人工蓝宝石晶体。蓝宝石晶体是对除红色氧化铝晶体外其他颜色氧化铝晶体的统称，并非只有蓝色的氧化铝晶体才叫做蓝宝石。
自然界中的天然蓝宝石晶体，晶体内往往含有微量的杂质元素使晶体显示出不同的颜色。当晶体内含有钛离子（Ti3+）与铁离子（Fe3+）时，会使晶体呈现蓝色，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，而成為黄色蓝宝石。自然界的天然蓝宝石晶体一般为尺寸较小的晶体，开采后主要用于珠宝首饰的设计制造。
人工蓝宝石晶体一般是不含有显色元素离子的透明无色晶体。其生长过程是，采用一定的晶体生长方法将无定型的高纯氧化铝原料放进坩埚中，在一定温度下经过熔融再结晶从而形成具有一定形状和尺寸的人工蓝宝石晶体。人工蓝宝石晶体材料的物理化学性能优异，具有广泛的应用场景。蓝宝石的化学稳定性：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都不会被腐蚀。蓝宝石的机械特性：蓝宝石具有高硬度和高强度，可以在温度范围从超低温到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。同时是目前已知硬度最高的氧化物晶体材料，硬度仅次于金刚石（硬度莫氏10级）达到莫氏9级[1]。蓝宝石的光学特性：蓝宝石单晶材料的穿透波长范围为0.19nm到5.5nm，双面抛光后的蓝宝石窗口片可见光透过率86%以上，可广泛应用于各类光学窗口产品的设计和生产。蓝宝石晶体垂直于C向和平行于C向的介电常数为分别为9.3和11.5，是玻璃材料的2倍左右，用蓝宝石晶体制作的触摸显示屏灵敏度极高。用蓝宝石人工晶体制成的窗口片其四点弯曲强度可以达到1000MPa以上，是目前玻璃产品强度的1.5倍以上，同时由于蓝宝石晶体热导率是玻璃的2倍，其散热速率是玻璃材料的2倍。
摘 要：蓝宝石单晶由于其优良的综合性能而成为当前重要的技术晶体材料之一，在军用和民用等各个领域都具有广泛的应用，尤其最近几年手机终端厂家计划将蓝宝石晶体材料导入智能手机等消费类电子的设计和制造。本文简述了蓝宝石单晶的主要性能，主要介绍了热交换法和泡生法两种主要的蓝宝石单晶生长方法并对比分析了每种方法的特点，最后概括了蓝宝石单晶目前及今后的主要发展方向，指出未来消费类电子产品对蓝宝石人工晶体的需求将是主流。综合不同长晶方法的各自特点分析后，得出热交换蓝宝石长晶法最合适规模化量产，最有可能在不断地增加晶体直径的情况下保持甚至提高晶锭的利用率，从而降低生产成本，是最适合手机等消费类电子产品的长晶方法，符合未来市场需求。
关键词：消费类电子 蓝宝石手机盖板 泡生法 大尺寸蓝宝石单晶 热交换法
中图分类号：O78 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）09（a）-0104-03
Abstract： Sapphire single crystal has become one of the most important technical crystal materials due to its excellent comprehensive performance. It has a wide range of applications in military and civil areas. In recent years， mobile phone manufacturers plan to introduce sapphire crystal material into smart mobile phone and other consumer electronic devices manufacturing. In this paper， the main properties of sapphire single crystal are briefly introduced. The main methods of heat exchange method and KY method are introduced. The characteristics of each method are analyzed and compared. Finally， the present and future of sapphire development direction， pointed out that consumer electronics products on the demand for sapphire crystal will be the mainstream. Based on the analysis of the characteristics of different crystal growth methods， it is concluded that the heat-exchanged sapphire crystal growth method is the most suitable for mass production， and it is most likely to maintain or even increase the utilization rate of ingot in the case of increasing the crystal diameter， with low cost， is the most suitable for mobile phones and other consumer electronic products，in line with future market demand.
Key Words： Consumer electronic devices； Sapphire mobile phone screen cover； KY method； Large size sapphire single crystal； Heat exchange method
藍宝石化学组成为氧化铝，是由3个氧原子和两个铝原子以共价键型式结合而成的晶体，其晶体结构为六方晶格结构。分为天然蓝宝石晶体和人工蓝宝石晶体。蓝宝石晶体是对除红色氧化铝晶体外其他颜色氧化铝晶体的统称，并非只有蓝色的氧化铝晶体才叫做蓝宝石。
自然界中的天然蓝宝石晶体，晶体内往往含有微量的杂质元素使晶体显示出不同的颜色。当晶体内含有钛离子（Ti3+）与铁离子（Fe3+）时，会使晶体呈现蓝色，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，而成為黄色蓝宝石。自然界的天然蓝宝石晶体一般为尺寸较小的晶体，开采后主要用于珠宝首饰的设计制造。
人工蓝宝石晶体一般是不含有显色元素离子的透明无色晶体。其生长过程是，采用一定的晶体生长方法将无定型的高纯氧化铝原料放进坩埚中，在一定温度下经过熔融再结晶从而形成具有一定形状和尺寸的人工蓝宝石晶体。人工蓝宝石晶体材料的物理化学性能优异，具有广泛的应用场景。蓝宝石的化学稳定性：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都不会被腐蚀。蓝宝石的机械特性：蓝宝石具有高硬度和高强度，可以在温度范围从超低温到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。同时是目前已知硬度最高的氧化物晶体材料，硬度仅次于金刚石（硬度莫氏10级）达到莫氏9级[1]。蓝宝石的光学特性：蓝宝石单晶材料的穿透波长范围为0.19nm到5.5nm，双面抛光后的蓝宝石窗口片可见光透过率86%以上，可广泛应用于各类光学窗口产品的设计和生产。蓝宝石晶体垂直于C向和平行于C向的介电常数为分别为9.3和11.5，是玻璃材料的2倍左右，用蓝宝石晶体制作的触摸显示屏灵敏度极高。用蓝宝石人工晶体制成的窗口片其四点弯曲强度可以达到1000MPa以上，是目前玻璃产品强度的1.5倍以上，同时由于蓝宝石晶体热导率是玻璃的2倍，其散热速率是玻璃材料的2倍。