宝石级大单晶的技术及进展

宝石级人造钻石(大颗粒单晶金刚石)的设备介绍----MPCVD新型的方法宝石级人造钻石（大颗粒单晶金刚石）的设备介绍----MPCVD新型的方法介绍CVD金刚石设备，主要为微波CVD设备，是被公认的能够制备高品级的大颗粒金刚石和大面积金刚石厚膜。

有需要CVD设备，主要提供1 kW 5 kW 8 kW 微波等离子体CVD 设备，也欢迎咨询！目前化学气相沉积（CVD）法制备金刚石主要有：热丝CVD，直流电弧CVD，微波等离子体CVD。

这些方法在本质上都是用某种形式的能量来激励和分解含碳化合物气体分子,并在一定条件下使金刚石在基片表面成核和生长。

用于刀具涂层的热丝设备能够工业化得直流设备能够制备高品级钻石的微波设备热丝CVD直流CVD微波CVD各自的内部结构图，可以发现三者就是激发等离子体的方式不一样，有各自的优缺点做出来的金刚石的质量也是不一样的哦，看对比就知道了热丝主要用于刀具涂层上直流法生长不够稳定微波法最好，但是耗资较大三者对比可是看的出来的哦，三种方法做出来的东西就是不一样的因此，只有微波法能做出高品级金刚石！直接看看微波CVD金刚石的应用就知道好了：光学级金刚石能够应用到各个领域更重要的是，可以做钻石的！apollo公司生产0.28-0.67克拉的粉红CVD钻石，目前无色钻石最大可达16克拉微波等离子体化学气相沉积法(MPCVD)是制备高品质金刚石膜的首选方法。

主要优点为：无内部电极,可避免电极放电污染;运行气压范围宽; 能量转换效率高;可以产生大范围的高密度等离子体;微波和等离子体参数均可方便地控制等. 所以,它是制备大面积均匀、无杂质污染的高质量金刚石膜的有开发前景的重要方法.MPCVD 装置通常分为微波系统、等离子体反应室、真空系统和供气系统等四大部分. 微波系统包括微波功率源、环行器、水负载、阻抗调配器,有时还包括测量微波入射和反射功率的定向耦合器及功率探头和显示仪表. 微波频率通常选用工业用加热频段的 2. 45GHz. 真空和统由真空泵、真空阀门和真空测量仪器(包括真空规管和显示仪器) 组成. 供气系统由气源、管道和控制气体流量的阀和流量计等组成. 这三个部分各自都是通用型的,可以适用于各种类型的MPCVD 装置和其他用途的实验装置. 等离子体反应室包括微波与等离子体的耦合器、真空沉积室以及基片台等. 不同类型的PCVD 装置的区别在于等离子体反应室形式的不同. 从真空沉积室的形式来分,有石英管式、石英钟罩式和带有微波窗的金属腔体式. 从微波与等离子体的耦合方式分,有表面波耦合式、直接耦合式和天线耦合式.在过去的20年里，金刚石膜MPCVD装置经历了从早期的石英管、石英钟罩式，到后期的圆柱谐振腔式、椭球谐振腔式以及圆周天线式(CAP)谐振腔的发展。

2024年单晶金刚石市场前景分析引言单晶金刚石是一种非常稀有且高价值的材料，具有极高的硬度和热导率，广泛应用于工业领域。

本文将对单晶金刚石市场的前景进行分析，探讨其潜在的发展机遇和面临的挑战。

市场规模与趋势目前，单晶金刚石市场规模已经达到数十亿美元，并且呈现出稳定增长的趋势。

单晶金刚石的应用领域涵盖了工具切削、磨料磨削和光学等领域，其中工具切削是主要的应用领域。

随着工业化程度的提高和制造业的发展，对切削工具的需求不断增加，单晶金刚石市场有望进一步扩大。

市场驱动因素1.提高生产效率：单晶金刚石具有极高的硬度和耐磨性，可大幅提高切削工具的寿命和切削效率，从而提高生产效率。

2.节约成本：虽然单晶金刚石价格相对较高，但其寿命和效率的提高可以降低总体切削成本，吸引了制造业的广泛关注。

3.技术进步：随着材料科学和加工技术的不断发展，单晶金刚石的生产成本逐渐下降，为市场的发展提供了坚实的基础。

市场挑战1.高成本：相比于其他切削工具材料，单晶金刚石的生产成本较高，导致其价格相对昂贵，限制了市场的进一步扩大。

2.产能瓶颈：单晶金刚石的生产工艺复杂，难度较大，导致供应量相对紧缺，无法满足市场需求的快速增长。

3.技术壁垒：高质量单晶金刚石的制备需要较高水平的技术和设备支持，技术门槛较高，限制了市场竞争的激烈程度。

市场机遇1.新兴应用领域：随着科技进步和经济发展，单晶金刚石在新兴领域的应用前景广阔，如光电子器件和生物医学等领域。

2.国家政策支持：许多国家将高性能切削工具技术列为重点支持领域，对单晶金刚石市场提供了良好的政策支持和经济环境。

3.国际市场需求：随着全球化程度的提高，对高性能切削工具的需求不断增加，单晶金刚石有望在国际市场上取得更大的份额。

市场竞争格局目前，单晶金刚石市场竞争激烈，主要的参与者包括世界知名的矿山公司和制造商。

这些公司凭借其技术和资源优势，在市场上占据一定的份额。

此外，一些新兴公司也在不断涌现，通过技术创新和市场拓展，逐渐崭露头角。

宝石级单晶金刚石外延生长的研究金刚石作为一种高硬度、高耐磨、高导热性能的材料，在工业、科研和珠宝等领域都有广泛的应用。

而宝石级单晶金刚石则是其中的顶级产品，具有更高的纯度和更优异的性能。

因此，如何实现宝石级单晶金刚石的高效制备一直是材料科学领域的研究热点之一。

本文将介绍宝石级单晶金刚石外延生长的研究进展和相关技术。

一、宝石级单晶金刚石的外延生长原理外延生长是一种基于晶体生长原理的制备方法，其基本思想是在晶体表面上沉积原子或分子，使其在表面上有序排列并逐渐形成晶体。

宝石级单晶金刚石的外延生长主要采用化学气相沉积法（CVD）。

CVD法是一种在高温高压下利用气相反应在基底表面沉积薄膜的方法，其基本原理是在反应室中提供一定浓度的气态反应物，将其输送到基底表面，通过化学反应在表面上形成薄膜。

在宝石级单晶金刚石的外延生长中，通常采用金属热解法，即在高温下使金属反应生成金刚石并在基底表面沉积形成薄膜。

金属热解法不仅可以制备金刚石薄膜，还可以制备金刚石单晶。

二、宝石级单晶金刚石外延生长的技术路线宝石级单晶金刚石的外延生长通常采用以下技术路线：1. 基底制备基底是金刚石外延生长的关键，其质量和结构对金刚石薄膜的质量和结构有很大影响。

目前常用的基底材料有金刚石、SiC、Mo、W 等。

其中金刚石基底是最常用的，其表面必须经过化学处理，以去除表面的氧化物和其他杂质，保证金刚石薄膜的纯度和质量。

2. 金属热解反应金属热解反应是制备金刚石薄膜和单晶的关键步骤。

在金属热解反应过程中，金属和碳源（通常为甲烷）在高温下反应生成金刚石。

反应温度通常在1200℃以上，反应时间根据反应器的尺寸和反应条件而定。

在反应过程中，还需要控制反应气氛和气压，以保证金刚石的纯度和晶体结构。

3. 金刚石薄膜生长金刚石薄膜的生长需要在金属热解反应的基础上进行。

通常采用低温高速生长法，即降低反应温度和增加反应气压，以提高金刚石的生长速率和晶体质量。

生长过程中还需要控制反应气氛、气压和金刚石生长速率等参数，以保证金刚石薄膜的质量和厚度。

文章编号:025322239(2001)0320383202LIG O 计划用大尺寸蓝宝石晶体光学均匀性和弱吸收获得进展周国清　李红军　乔景文　周永宗　邓佩珍　徐　军(中国科学院上海光学精密机械研究所激光与光电子材料研究与发展中心,上海201800)摘要:　报道了<113mm ×70mm 蓝宝石晶体块的光学加工精度、光学均匀性和弱吸收等方面研究所取得的最新进展。

晶体整个表面加工精度达到3个光圈(峰谷值约为11666λ);晶体的透过波前畸变为1个光圈(峰谷值约为01584λ);在紫外波段的透过大于80%,可见及红外光区的透过大于86%;晶体的弱光吸收系数为35×10-6Πcm ～65×10-6Πcm 。

关键词:　晶体;蓝宝石;光学均匀性;弱吸收中图分类号:O731 文献标识码:B 收稿日期:2000210218;收到修改稿日期:2000212205 蓝宝石晶体(αAl 2O 3单晶)具有优良的光学、机械、化学和电性能。

从190nm 至515μm 波段均具有很高的光学透过率,被广泛用作各种光学元件和红外军事装置、卫星空间技术、高强度激光的窗口材料。

蓝宝石晶体化学稳定性好,耐宇宙射线辐照能力强,且可得到高度完整的大尺寸单晶,而且热噪音仅为石英玻璃的十六分之一,密度为石英玻璃的119倍,模式因子Q 比石英玻璃高两个数量级,所以以蓝宝石晶体作为干涉仪内的光学介质将极大地提高测量灵敏度。

蓝宝石晶体已被美国国家自然科学基金委员会作为LIG O (Laser Interferometer G ravitational Wave Observatory )计划中首选的光学材料。

LIG O 计划的目的是建造两台世界上最大的激光引力干涉仪,其真空臂长达9km ,用于探测地球重力波。

其中作为平面、分光透镜的蓝宝石晶体的最终要求是:尺寸为<250mm ×100mm ,晶体方向为零双折射方向即(0001),在中心<80mm 直径内的光学均匀性Δn <2×10-7,弱光吸收系数(1064nm )小于10-6Πcm 。

单晶生长技术的发展及应用随着现代化科技的发展，人们对材料的性质和质量的要求越来越高。

单晶材料是一种重要的功能性材料，被广泛应用于半导体、电子、光学、航空等领域。

而单晶生长技术作为单晶材料生产的基础技术，也在不断发展与创新中。

一、单晶生长技术简介单晶生长技术是通过在超温、超压、超纯洁的条件下，将零散的晶核长成完整的单晶体。

目前常用的单晶生长技术有凝固法、气相生长法、溶液法、化学气相沉积法等。

1、凝固法凝固法是单晶生长技术中最早被发现和应用的方法。

它利用温度梯度、浓度梯度等条件，将溶液或熔体中的溶质逐步凝固，并长成单晶。

这种方法适用于许多晶体材料的生长，如硅、锗、镓、铟、铜、黄金等金属和非金属材料。

2、气相生长法气相生长法是通过控制气相中的气氛、温度、压力等条件，使气体中的化学物质在基片上形成单晶。

它广泛应用于钙钛矿、硼化物、蓝宝石、氮化硅、碳化硅等材料的生长。

3、溶液法溶液法是将固体物质或气态物质溶解到溶液中，在温度、浓度等筛选条件下，使其逐步长成单晶。

溶液法具有生长速度快、生长质量好等优点。

目前使用最广泛的溶液法是水热法，它能够较好的生长出氧化物、硫酸盐等化合物的高质量单晶。

4、化学气相沉积法化学气相沉积法是利用化学反应沉积单原子层或几原子层的材料，并组装成高质量的单晶。

该方法可用于比较稳定的材料的生长，如氧化铟、钨酸盐等。

二、单晶生长技术的应用单晶材料具有优异的性能，被广泛应用于半导体、电子、光学、航空等领域。

生长出高质量、大尺寸且准确控制其物性的单晶，不仅能够提升材料的性能，也能够拓展材料应用的领域。

1、半导体单晶硅被广泛应用于半导体领域，其应用主要体现在太阳能电池、集成电路、红外探测器等领域。

其生长技术主要采用凝固法和气相生长法。

2、光学单晶材料在光学领域有着极为广泛的应用。

例如单晶蓝宝石在照明领域有着非常广泛的应用，其应用于LED中的蓝宝石基板，可以大大提高LED的发光效率。

此外，单晶材料还在光学器件、激光等领域得到了广泛应用。

日本住友电工在HPHT法大单晶金刚石合成技术上达到了目前世界最高水准。

主要成就是∶
(1).晶体生长速度大大提高。

(2).金刚石的结晶性大辐度改善。

第一项成果的价值在于大幅度降低生产成本，为批量合成宝石级金刚石，尤其是Ib型金刚石清除了一大障碍。

第二项成果则为其做功能材料的应用奠定了技术基础。

目前，日本住友电工掌握了7~8mm以下黄色大单晶的批量生产技术，其中5mm以下黄色大单晶的生产技术可能相对更成熟。

图3. 以温度梯度(Temperature Gradient)生长宝石级大单晶金刚石的方法
批量合成大单晶金刚石的另一项重要技术是压机小型化。

20世纪90年代由俄罗斯科学家BorisFeigelson等人开发了两段式分球压机(俄文简称BARS)。

这种压机重量仅1.5吨(或说3.6吨)。

2001年利用这种压机成功地合成出黄色大单晶。

晶体生长速度为3天半2.8克拉。

2003年Gemesis公司首次将经切割打磨过的黄色金刚石推向市场，其销售价格约为天然宝石级金刚石的1/4(1克拉约4000美元)。

2005年Gemesis有23台钻石生长机，每月可产出约200颗钻石，2008年其规模已扩大到550台压机，并在2009年增至千台。

第27卷第3期人工晶体学报V ol.27No.3 1998年8月JOU RNA L OF SYN THET I C CRY ST A LS August,1998温梯法大尺寸白宝石单晶的生长*徐建卫周永宗周国清徐科邓佩珍徐军(中国科学院上海光学精密机械研究所,上海201800)提要:应用温梯法生长出直径120mm,质量为4kg的白宝石晶体。

进行了杂质定量分析和光谱分析,对晶体中杂质的来源进行了讨论。

确定了晶体有F心引起的紫外吸收和杂质离子的吸收。

关键词:白宝石晶体,温梯法,晶体生长,光谱Growth of Large-sized Sapphire Crystals byTemperature Gradient Technique(TGT)X u Jianwei Zhou Yongzong Zhou Guoqing X u K e Deng Peiz hen X u Jun (S hanghai Ins titute of Optics and Fine M echanics,Chinese Academy of Science,Shanghai201800,China)(Receiv ed23February1998,acc ep ted5Apr il1998)AbstractSapphire boules,120mm in diameter and4kg in weight have been grown by temperature gradient technique(TGT).Impurity elements of typical crystal are detected by glow discharge spectroscopy(GDMS)and the source of which are discussed.The transmission spectra isanalyzed,and the absorptions resulting from the F-centers and impurities are verified.Key words:sapphire crystal,tem perature gradient technique,crystal grow th,spectrum1引言白宝石(A-Al2O3)单晶具有一系列独特而优良的物理化学性质,特别是0.2~0.5L m波段有良好透光性,一直广泛应用于红外军事装备、卫星和空间技术的仪表及高功率激光器(如HF、DF、CO2激光器)的窗口材料,近来又成为重力波探测器中光学系统的首选材料[1]。

金刚石的合成及宝石级金刚石单晶制备的基本技术人造金刚石的合成基本原理是采用爆炸法、静压法、热压法和溶媒法等，在特制的炉内或容器内，借助于催化剂的作用，使碳处于超高压高温条件下，形成金刚石晶体。

宝石级金刚石单晶制备的基本技术如下：
1.提纯。

采用化学提纯和物理提纯两种方法，去除金刚石中的非金刚石杂
质，提高金刚石的纯度。

2.粒度分级。

采用选矿的方法，将金刚石按粒度分成不同等级。

3.晶体定向。

采用定向技术，使金刚石晶体沿一定的晶面和晶向生长。

4.形核衬底制备。

采用化学气相沉积、物理气相沉积、离子注入等方法，在
衬底表面制备形核衬底。

5.形核。

在衬底表面或内部形成金刚石晶核。

6.长大。

使金刚石晶核不断生长，直至获得宝石级金刚石单晶。

850mm缸径六面顶压机合成金刚石大单晶研究作者：黄国锋梁新鹏王雅鸿路小波苏海洋来源：《赤峰学院学报·自然科学版》2024年第01期摘要：随着六面顶压机的大型化，合成金刚石大单晶所用的功耗也越来越大，为降低850mm缸径六面顶压机生长金刚石大单晶的功耗，本文设计了一种氧化物与石墨混合体加热的辅助热源，并通过优化生长腔体结构，使得六面顶压机合成功率降低15％，并通过在合成腔体中添加金属钛作为除氮剂，使用铁钴合金作为触媒，实现了优质IIa型宝石级金刚石大单晶的合成，这对超硬材料行业的节能减排具有重要的意义。

此外光致发光光谱显示，金刚石晶体中广泛存在着氮和空位形成的结构缺陷。

关键词：高温高压；温度梯度法；金刚石大单晶；低能耗中图分类号：TQ164 文献标识码：A 文章编号：1673-260X（2024）01-0035-041 引言金刚石作为超硬材料的典型代表，不仅具有传统材料无法比拟的超硬性能，还具有较好的热导率，其热导率可也达到铜的5倍，因此凭借金刚石的高热导性能在微电子器件领域具有广阔的应用前景，尤其是大尺寸的宝石级金刚石在这方面更能发挥优势。

此外金刚石大单晶做成窗口材料在军工航空航天领域也具有广阔的应用前景。

迄今为止制备宝石级金刚石大单晶的技术手段有两种，一种是化学是利用微波等离子（MPCVD）技术进行化学沉积的方法，此类方法最早由日本无机材料研究所开发出来用以制备多晶金刚石薄膜[1]，直到2004年美国卡内基地质物理实验室利用MPCVD技术沉积出了单晶金刚石[2]，近年来该项技术不断的进步和发展，其优势在于不需要任何的催化剂，在低压环境中使用等离子气体在基底上进行沉积生长，因此该种方法获取的金刚石大单晶没有金属包裹物，但生长时间较长，一般获取4mm高度的单晶毛坯需要近30天的时间，电能消耗也很大。

另外一种制备金刚石大单晶的方法是高温高压条件下的温度梯度法，这种方法是美国通用公司最早于70年代研发出来的，虽然年代久远，但真正实现商业化应用，尤其是在国产六面顶压机这类高压设备上大规模商业化生产是在近5—6年才实现的。

宝石级人造钻石（大颗粒单晶金刚石）的设备介绍----MPCVD新型的方法介绍CVD金刚石设备，主要为微波CVD设备，是被公认的能够制备高品级的大颗粒金刚石和大面积金刚石厚膜。

有需要CVD设备，主要提供1 kW 5 kW 8 kW 微波等离子体CVD 设备，也欢迎咨询！目前化学气相沉积（CVD）法制备金刚石主要有：热丝CVD，直流电弧CVD，微波等离子体CVD。

这些方法在本质上都是用某种形式的能量来激励和分解含碳化合物气体分子,并在一定条件下使金刚石在基片表面成核和生长。

用于刀具涂层的热丝设备能够工业化得直流设备能够制备高品级钻石的微波设备热丝CVD 直流CVD 微波CVD各自的内部结构图，可以发现三者就是激发等离子体的方式不一样，有各自的优缺点做出来的金刚石的质量也是不一样的哦，看对比就知道了热丝主要用于刀具涂层上直流法生长不够稳定微波法最好，但是耗资较大三者对比可是看的出来的哦，三种方法做出来的东西就是不一样的因此，只有微波法能做出高品级金刚石！直接看看微波CVD金刚石的应用就知道好了：光学级金刚石能够应用到各个领域更重要的是，可以做钻石的！apollo公司生产0.28-0.67克拉的粉红CVD钻石，目前无色钻石最大可达16克拉微波等离子体化学气相沉积法(MPCVD)是制备高品质金刚石膜的首选方法。

主要优点为：无内部电极,可避免电极放电污染;运行气压范围宽; 能量转换效率高;可以产生大范围的高密度等离子体;微波和等离子体参数均可方便地控制等. 所以,它是制备大面积均匀、无杂质污染的高质量金刚石膜的有开发前景的重要方法.MPCVD 装置通常分为微波系统、等离子体反应室、真空系统和供气系统等四大部分. 微波系统包括微波功率源、环行器、水负载、阻抗调配器,有时还包括测量微波入射和反射功率的定向耦合器及功率探头和显示仪表. 微波频率通常选用工业用加热频段的2. 45GHz. 真空和统由真空泵、真空阀门和真空测量仪器(包括真空规管和显示仪器) 组成. 供气系统由气源、管道和控制气体流量的阀和流量计等组成. 这三个部分各自都是通用型的,可以适用于各种类型的MPCVD 装置和其他用途的实验装置. 等离子体反应室包括微波与等离子体的耦合器、真空沉积室以及基片台等. 不同类型的PCVD 装置的区别在于等离子体反应室形式的不同. 从真空沉积室的形式来分,有石英管式、石英钟罩式和带有微波窗的金属腔体式. 从微波与等离子体的耦合方式分,有表面波耦合式、直接耦合式和天线耦合式.在过去的20年里，金刚石膜MPCVD装置经历了从早期的石英管、石英钟罩式，到后期的圆柱谐振腔式、椭球谐振腔式以及圆周天线式(CAP)谐振腔的发展。

宝石级人造钻石（大颗粒单晶金刚石）的设备介绍----MPCVD新型的方法介绍CVD金刚石设备，主要为微波CVD设备，是被公认的能够制备高品级的大颗粒金刚石和大面积金刚石厚膜。

有需要CVD设备，主要提供1 kW 5 kW 8 kW 微波等离子体CVD 设备，也欢迎咨询！目前化学气相沉积（CVD）法制备金刚石主要有：热丝CVD，直流电弧CVD，微波等离子体CVD。

这些方法在本质上都是用某种形式的能量来激励和分解含碳化合物气体分子,并在一定条件下使金刚石在基片表面成核和生长。

用于刀具涂层的热丝设备能够工业化得直流设备能够制备高品级钻石的微波设备热丝CVD 直流CVD 微波CVD各自的内部结构图，可以发现三者就是激发等离子体的方式不一样，有各自的优缺点做出来的金刚石的质量也是不一样的哦，看对比就知道了热丝主要用于刀具涂层上直流法生长不够稳定微波法最好，但是耗资较大三者对比可是看的出来的哦，三种方法做出来的东西就是不一样的因此，只有微波法能做出高品级金刚石！直接看看微波CVD金刚石的应用就知道好了：光学级金刚石能够应用到各个领域更重要的是，可以做钻石的！apollo公司生产0.28-0.67克拉的粉红CVD钻石，目前无色钻石最大可达16克拉微波等离子体化学气相沉积法(MPCVD)是制备高品质金刚石膜的首选方法。

主要优点为：无内部电极,可避免电极放电污染;运行气压范围宽; 能量转换效率高;可以产生大范围的高密度等离子体;微波和等离子体参数均可方便地控制等. 所以,它是制备大面积均匀、无杂质污染的高质量金刚石膜的有开发前景的重要方法.MPCVD 装置通常分为微波系统、等离子体反应室、真空系统和供气系统等四大部分. 微波系统包括微波功率源、环行器、水负载、阻抗调配器,有时还包括测量微波入射和反射功率的定向耦合器及功率探头和显示仪表. 微波频率通常选用工业用加热频段的2. 45GHz. 真空和统由真空泵、真空阀门和真空测量仪器(包括真空规管和显示仪器) 组成. 供气系统由气源、管道和控制气体流量的阀和流量计等组成. 这三个部分各自都是通用型的,可以适用于各种类型的MPCVD 装置和其他用途的实验装置. 等离子体反应室包括微波与等离子体的耦合器、真空沉积室以及基片台等. 不同类型的PCVD 装置的区别在于等离子体反应室形式的不同. 从真空沉积室的形式来分,有石英管式、石英钟罩式和带有微波窗的金属腔体式. 从微波与等离子体的耦合方式分,有表面波耦合式、直接耦合式和天线耦合式.在过去的20年里，金刚石膜MPCVD装置经历了从早期的石英管、石英钟罩式，到后期的圆柱谐振腔式、椭球谐振腔式以及圆周天线式(CAP)谐振腔的发展。

· 880·2011年蓝宝石单晶的生长技术及应用研究进展范志刚1，刘建军1,2，肖昊苏1，张 旺1，关春颖3，苑立波3(1. 哈尔滨工业大学航天学院，哈尔滨 150001；2. 东北石油大学电子科学学院，黑龙江 大庆 163318；3. 哈尔滨工程大学理学院，哈尔滨 150001)摘 要：蓝宝石单晶因其优良的综合性能而成为最重要的中红外光学材料之一，在军民两用中都具有广泛的应用前景。

简述蓝宝石单晶的主要性能；综述蓝宝石单晶的几种重要生长方法及其最新研究成果，并分析了各制备方法的优缺点；介绍了蓝宝石单晶的应用领域及其一些最新成果；最后指出蓝宝石单晶今后的研究重点：(1)改进现有制备工艺及完善近尺寸成型技术；(2)完善蓝宝石单晶的超光滑加工理论及其技术体系。

关键词：蓝宝石单晶；提拉法；导模法；热交换法；光学窗口；整流罩中图分类号：O78 文献标志码：A 文章编号：0454–5648(2011)05–0880–12Research Progress on Growth Technique and Application of Sapphire Single CrystalF AN Zhigang 1，LIU Jianjun 1,2，XIAO Haosu 1，ZHANG wang 1，GUAN Chunying 3，YUAN Libo 3(1. School of Astronautics, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001; 2. School of Electronic Science, Northeast PetroleumUniversity, Daqing 163318, Heilongjiang; 3. College of Science, Harbin Engineering University, Harbin 150001, China)Abstract: Sapphire single crystal is one of the most important mid-infrared optical materials due to its excellent overall performance in both military and civil applications. This review represents the major properties of sapphire single crystal. The growth methods and recent work on the sapphire single crystal are reviewed. The advantages and disadvantages of different growth methods are analyzed. Recent work on the sapphire single crystal applications is summarized. Further studies on the sapphire single crystal involve: (1) im-provement of growth methods and the near-net-shaping technology, and (2) improvement of the theory and technology system on the ultra-smooth machining for the sapphire single crystal.Key words: sapphire single crystal; Czochralski method; edge defined film fed growth method; heat exchanger method; optical win-dow; dome现代国防科学与技术的不断进步，军事战略与战术的发展变化，使得导弹武器已成为世界多国优先发展和竞相购买的武器装备。

宝石级人造钻石（大颗粒单晶金刚石）的设备介绍----MPCVD新型的方法介绍CVD金刚石设备，主要为微波CVD设备，是被公认的能够制备高品级的大颗粒金刚石和大面积金刚石厚膜。

有需要CVD设备，主要提供1 kW 5 kW 8 kW 微波等离子体CVD 设备，也欢迎咨询！目前化学气相沉积（CVD）法制备金刚石主要有：热丝CVD，直流电弧CVD，微波等离子体CVD。

这些方法在本质上都是用某种形式的能量来激励和分解含碳化合物气体分子,并在一定条件下使金刚石在基片表面成核和生长。

用于刀具涂层的热丝设备能够工业化得直流设备能够制备高品级钻石的微波设备热丝CVD 直流CVD 微波CVD各自的内部结构图，可以发现三者就是激发等离子体的方式不一样，有各自的优缺点做出来的金刚石的质量也是不一样的哦，看对比就知道了热丝主要用于刀具涂层上直流法生长不够稳定微波法最好，但是耗资较大三者对比可是看的出来的哦，三种方法做出来的东西就是不一样的因此，只有微波法能做出高品级金刚石！直接看看微波CVD金刚石的应用就知道好了：光学级金刚石能够应用到各个领域更重要的是，可以做钻石的！apollo公司生产0.28-0.67克拉的粉红CVD钻石，目前无色钻石最大可达16克拉微波等离子体化学气相沉积法(MPCVD)是制备高品质金刚石膜的首选方法。

主要优点为：无内部电极,可避免电极放电污染;运行气压范围宽; 能量转换效率高;可以产生大范围的高密度等离子体;微波和等离子体参数均可方便地控制等. 所以,它是制备大面积均匀、无杂质污染的高质量金刚石膜的有开发前景的重要方法.MPCVD 装置通常分为微波系统、等离子体反应室、真空系统和供气系统等四大部分. 微波系统包括微波功率源、环行器、水负载、阻抗调配器,有时还包括测量微波入射和反射功率的定向耦合器及功率探头和显示仪表. 微波频率通常选用工业用加热频段的2. 45GHz. 真空和统由真空泵、真空阀门和真空测量仪器(包括真空规管和显示仪器) 组成. 供气系统由气源、管道和控制气体流量的阀和流量计等组成. 这三个部分各自都是通用型的,可以适用于各种类型的MPCVD 装置和其他用途的实验装置. 等离子体反应室包括微波与等离子体的耦合器、真空沉积室以及基片台等. 不同类型的PCVD 装置的区别在于等离子体反应室形式的不同. 从真空沉积室的形式来分,有石英管式、石英钟罩式和带有微波窗的金属腔体式. 从微波与等离子体的耦合方式分,有表面波耦合式、直接耦合式和天线耦合式.在过去的20年里，金刚石膜MPCVD装置经历了从早期的石英管、石英钟罩式，到后期的圆柱谐振腔式、椭球谐振腔式以及圆周天线式(CAP)谐振腔的发展。

高温高压生长宝石级金刚石单晶的实验与理论研究用国产六面顶压机和国产触媒进行了一系列金刚石大单晶的合成实验。

对金刚石生长速度进行了系统的研究,发现随着生长速度的增加,晶体的品质有所下降,并得到了优质金刚石极限生长速度与合成温度及生长时间的关系。

研究发现优质晶体的极限生长速度与合成温度密切相关,呈低温&gt;中温
&gt;高温的变化规律。

同时,随着合成时间的增加,优质晶体的极限生长速度将会增加。

对不同形状碳源合成晶体进行了考察,发现柱状碳源不适合生长大尺寸晶体。

相比之下,环状碳源能为大尺寸晶体提供足够空间,帽状碳源不但满足空间需求
还能提供足够的碳源。

对不同碳源形状腔体内温度场进行模拟。

结果发现环状碳源温度场与柱状碳源相比更适合优质晶体生长。

考察了腔体内对流对晶体生长的影响。

有限元分析结果发现,随着触媒厚度的增加,腔体内对流明显增强。

实验结果表明随着对流强度增强合成晶体品质变差。

金刚石中的氮含量对晶体物理性质有影响。

对不同温度下合成的金刚石中的氮含量进行了测量。

发现随着合成温度的升高,晶体的氮含量明显降低。

第51卷第8期2022年8月人㊀工㊀晶㊀体㊀学㊀报JOURNAL OF SYNTHETIC CRYSTALS Vol.51㊀No.8August,2022简㊀㊀讯北京中材人工晶体研究院有限公司成功生长 米级 超大口径蓝宝石单晶近期,北京中材人工晶体研究院有限公司(简称 人工晶体院 )采用自主设计制造的导模炉成功生长出尺寸达1000mm ˑ370mm ˑ12mm 的 米级 超大口径蓝宝石单晶,晶体表面平整㊁外观透明㊁质地均匀(见图1)㊂该超大尺寸蓝宝石单晶的成功研发,标志着人工晶体院在导模法蓝宝石晶体生长技术方面取得了重大突破,晶体尺寸比肩国际水平,为实现我国重大国防装备用关键核心材料的自主可控提供有力支撑㊂图1㊀人工晶体院采用导模法制备的大尺寸蓝宝石单晶人工晶体院是我国最早从事蓝宝石晶体材料生长研发的单位之一,自国家 九五 计划以来,承担了多项蓝宝石晶体相关的国家级攻关课题㊂当前,在核心技术自主化㊁关键材料国产化的背景下,针对国家重大图2㊀蓝宝石晶体透过率曲线图国防装备领域对大尺寸蓝宝石晶体部件的紧迫需求,人工晶体院凭借过硬的科研开发能力,基于自主研制的专用装备,结合理论模拟设计理想的温场分布,突破了导模法生长大尺寸蓝宝石单晶时易发生中心区域过冷㊁模具变形㊁微裂纹等一系列关键技术难题,成功生长出高品质超大尺寸蓝宝石单晶,且在可见-红外波段有良好的透过率(见图2)㊂目前,我国现役低空作战的武装直升机前风挡㊁装甲车辆风挡㊁坦克光电对抗系统窗口,以及新一代作战武器急需大口径蓝宝石透明装甲防护㊂导模法是唯一可直接生产长方形㊁圆弧形等异型蓝宝石晶体的方法,且复合后的蓝宝石透明装甲具有抗弯强度大㊁可见-红外透过率高㊁耐酸蚀和轻质化等不可替代的优点㊂因此,在大尺寸㊁一体化异型蓝宝石装甲上,导模法是目前可实现低成本产业化的最佳选择㊂人工晶体院将会继续攻关更大尺寸蓝宝石单晶核心技术,持续推进降本增效,有效满足国家重大国防装备发展的战略需求,助力实现国家核心战略材料的自主可控㊂(北京中材人工晶体研究院有限公司赵㊀鹏王晓亮供稿)Copyright ©博看网. All Rights Reserved.。