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人工宝石相关知识


中国人工宝石五十年之八
2011-09-06
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人工宝石是科学技术发展的排头兵

纵观我国人工宝石五十年的历史,总是科学技术在不断发展过程中,对人工宝石晶体的品种和质量提出新的要求,而在满足科学技术发展需要的过程中,人工宝石合成晶体工艺水平有了新的提高,人工宝石合成设备有了更新和增添。因而起了很大的促进作用。不可否认,人工宝石在科学技术的发展中起到了排头兵的作用。
20世纪50年代,为了满足机械手表和仪器仪表中细如芝麻粒大小的轴承需要,开发了焰熔法合成红宝石晶体。
20世纪60年代,为了发展无线电工业,开发了水热法合成压电水晶晶体。
20世纪70年代,为了发展激光加工和激光武器,开发了熔体提拉法合成激光晶体,包括人造钇铝榴石(YAG)、人造钆镓榴石(GGG)、红宝石等等。
20世纪80年代,科技发展需要隔热和绝缘材料,开发了熔体坩埚下降法合成云母片;超导研究需要基体材料,使用了1983年开发的冷坩埚熔壳法合成的立方氧化锆晶体。
20世纪90年代,为了发展无人驾驶飞机和导弹,需要高质量的窗口材料,我们在已有响尾蛇导弹窗口材料焰熔法合成的人造钛酸锶晶体基础上,又开发了熔体泡生法合成高质量无色蓝宝石晶体。
21世纪的到来,我国大力提倡发展科学技术强国,必将对晶体材料提出新要求,因此,我国的人工宝石必将有更大的发展。下面用全世界正在倾力开发的优质无色蓝宝石为例进行说明:
资料证明,用泡生提拉法合成的高质量无色蓝宝石具有独特而优良的物理化学性质,特别是在0.2~5.0µm波段具有良好的透光性,可广泛用于红外军事装备、卫星和空间技术等领域;又由于其电介质绝缘,有恒定的介电常数等特性,使其成为应用最广泛的衬底材料之一,也使其在发光二极管(LED)领域中有良好的应用。

  1. 优质无色蓝宝石晶体在基底材料中的应用
    1. 优质无色蓝宝石的R面作基底,在微电子集成电路方面有广泛的应用,是异质外延硅作微波和高速集成电路及压力传感器的首选基底材料;若外延生长铊等混合超导化合物,可制作高电阻器件。
    2. 优质无色蓝宝石的A面作基底,可用作高温超导材料的载体。
    3. 优质无色蓝宝石的C面作基底,是发光二极管蓝光LED用的GaN衬底(白光LED是在蓝光LED的基础上,经过荧光粉效应而产生的);此外,也是制作红外探测用的生长汞镉锑化合物器件的基底材料。
  2. 优质无色蓝宝石在发光二极管(LED)领域中的应用

发光二极管(LED)将是人们告别爱迪生时代(电灯泡时代)的杀手,其应用领域非常广,包括通讯、消费性电子、汽车、照明、信号灯等。LED除了耗能低、寿命长之外,尚有以下优点:(1)应用灵活,可做成点、线、面各种形状的轻、薄、短小产品;(2)环保效益佳:由于光谱中没有紫外线和红外线,也没有热量和辐射,属于典型的绿色照明光源,而且废弃物可回收,无污染;(3)控制极为方便:只要调整电流,就可以随意调光,不同光色的组合变化多端,利用时序控制电路,就能达到丰富多彩的动态变化效果。
由于具有以上的特点,各国都在全力以赴地开发和生产优质无色蓝宝石,我国的浙江省衢化市巨化宝石厂已经能够用熔体泡生提拉法合成出高质量的无色蓝宝石(见图1和图2),


图1熔体泡生提拉法合成的优质无色蓝宝石晶体                  图2优质无色蓝宝石晶体及其加工产品
(图片由孙广年提供)

国内其它单位也在积极开发这种产品,相信在不远的将来,高质量的无色蓝宝石晶体一定能满足国家的需要。
由此可见,人工宝石是科学技术发展的排头兵。

沈才卿(北京市9818信箱 邮政编码100029)



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