蓝宝石的改善工艺

科技视界Science &Technology VisionScience &Technology Vision 科技视界1山东蓝宝石的特点1.1山东蓝宝石的产状山东蓝宝石矿区位于鲁西台背斜泰沂隆断之昌乐凹陷中,东侧紧临沂沭断裂带的鄌郚—葛沟断裂。

矿区内各种成因类型的第四系皆含蓝宝石,但以冲积层底部的砂砾层和位于基岩面上的洪坡积粗碎屑堆积层为主。

山东蓝宝石产在强碱性而SiO 2不饱和的碱性玄武岩类岩石中,属于正岩浆矿床类型。

母岩浆复杂的过渡族元素组合使这类产状的蓝宝石显示共同的深蓝带黑的色调。

1.2山东蓝宝石的化学成分与致色因素山东蓝宝石中主要成分A12O 3的质量分数约为97%~99%,次要成分FeO、TiO 2、CaO。

其中FeO 占绝大多数,几乎不含Cr 2O 3或含量极少。

但有研究证明,Cr 2O 3是山东蓝宝石中红色、橙黄色、黄色等颜色的重要致色因素。

在理想状态下蓝宝石中Fe、Ti 杂质含量只占成分的万分之几,并且Fe 2+/Ti 4+=1时,蓝宝石呈现美丽的蓝色。

而山东蓝宝石的总铁含量很高,颜色越深含铁越高,深蓝色者Fe 高达1.52%,比天然优质蓝宝石的含铁量高出1~2个数量级。

顺磁共振谱的对比研究证实,蓝宝石的色调越深,Fe 3+离子的浓度越高。

Fe 3+离子产生的453nm 和477nm 吸收峰都落在可见光区蓝色光的波长和频率范围内,它们对于主波长蓝色光的吸收导致山东蓝宝石深蓝带黑的色调。

1.3山东蓝宝石的微细包裹体微细固体包裹体主要有针状铌铁金红石、刚玉微晶、磁铁矿、玄武岩火山玻璃这些规则分布的包裹体,还有镁铁尖晶石、普通辉石、橄榄石等多种包裹体。

这些数量巨大、分布密集、粒度细微的包裹体的存在是山东蓝宝石透明度低的重要原因。

根据低透明度、黑色山东蓝宝石中包裹体的情况,当复合白光沿c 轴方向传播时,将发生一定程度的散射。

散射的结果是使透射光与内反射光的强度减弱,导致颜色明度下降,产生一定的黑灰色调。

蓝宝石缺陷产生机理及改进方法研究在蓝宝石晶体的制备过程中，常见的晶体缺陷主要有晶体开裂、气泡与空腔、杂质及色心、位错等，缺陷的产生极大影响了晶体的使用性能。

文章从几种缺陷的产生机理着手，提出了有效降低晶体中缺陷率的措施，对生长大尺寸、高质量的蓝宝石晶体具有重要意义。

标签：蓝宝石单晶；晶体缺陷；产生机理；改进方法Abstract：In the process of sapphire crystal preparation，the common crystal defects mainly include crystal crack，bubble and cavity，impurity and color center，dislocation，and so on. Based on the mechanism of several defects，this paper puts forward effective measures to reduce the defect rate in crystals，which is of great significance for the growth of large-size and high-quality sapphire crystals.Keywords：sapphire single crystal；crystal defect；generation mechanism；improving method1 概述蓝宝石（Sapphire），又称白宝石或刚玉。

蓝宝石晶体的热学性能以及光学性能优良，化学性质稳定，广泛应用于光学和微电子领域，尤其是用作高亮度GaN 基发光二极管（LED）的外延基片材料。

LED市场的迅猛发展，要求生长出大尺寸、高质量、性能稳定的蓝宝石晶体，这就对蓝宝石生长技术提出了更高要求。

但在蓝宝石单晶的生长过程中，往往会产生一些显著影响蓝宝石性能的缺陷，比如位错、杂质及色心、气泡、晶体裂纹等。

红、蓝宝石的优化改善工艺与鉴定技巧摘要随着我国经济的飞速发展，和人民物质生活水平的不断提高，对饰品的消费，特别是对各种宝石的消费呈现着显著增长的变化，其中，优质蓝宝石和红宝石的需求量是比较大的。

这就造成了优质蓝宝石和红宝石数量的大幅度减小。

因此，红、蓝宝石的优化处理就显得尤为重要。

本文主要介绍了改色处理和净化技术。

改色处理常用的方法有三种，包括热处理、辐照法和表面扩散处理。

净化技术常用的有两种分别是填充处理和穿孔处理。

鉴定一块宝石：首先，要区分鉴定对象是天然宝石还是合成宝石，然后再对天然宝石的优化和处理方法进行分析和鉴定。

关键字宝石, 优化改善, 鉴定技巧AbstractWith the development of the economic sociology and the improvement of the citizens’life, more and more people pursue the decorations of the high quality, especially varieties of the precious stone, which has led to the decrease of the sapphire and the ruby of top quality. So, it is important to optimize the sapphire and the ruby. Color-enhancement process and purification technique are talked about in this article.The color-enhancement process usually concludes three different methods: heat treating, radiation and surface diffusion. And crack filling and perforation are the main measures of purification technique. To identify a piece of gem, two identification skills are followed. Firstly, it is necessary to distinguish the synthetic stone from the natural gem. Secondly, it is to analyze the optimization measures.Key Words gem, optimization measures, identification skills第一章引言红宝石、蓝宝石、钻石和祖母绿一起被称为世界四大宝石。

蓝宝石新材料生产工艺流程蓝宝石是一种非常珍贵的宝石，具有高硬度、高抗腐蚀性、高传热性和高光学透明性等特性。

由于其独特的物理和化学特性，蓝宝石被广泛用于光电子学、光学、电子、信息、通信和航空航天等领域。

然而，传统的蓝宝石生产工艺存在成本高、废料多、生产效率低等问题。

为了解决这些问题，研究人员不断探索新的蓝宝石生产工艺。

目前，一种新的蓝宝石生产工艺已经被广泛采用并得到了应用。

以下是该工艺流程的详细介绍。

1.原材料选择蓝宝石的原材料可以是天然蓝宝石，也可以是化学合成的蓝宝石。

其中，化学合成的蓝宝石成本更低，而且可以控制其物理和化学特性，因此被广泛采用。

2.蓝宝石生长化学合成蓝宝石的生长有两种方法，一种是熔融法，另一种是水热法。

（1）熔融法熔融法是将粉状或块状的蓝宝石原料加热到高温并保持液态，然后缓慢降温，使蓝宝石晶体生长。

在生长过程中需要控制温度、压力、冷却速度等多个参数，以确保晶体的质量。

（2）水热法水热法是将蓝宝石原料放入加有溶剂的高压容器中，在高温高压的条件下进行晶体生长。

在生长过程中需要控制温度、压力、溶剂浓度和生长时间等参数。

3.晶体切割和抛光晶体生长完成后，需要将晶体切割成所需的形状和尺寸，并进行抛光处理。

切割晶体的工艺需要控制切口的质量和位置，以确保后续加工的效果。

4.蓝宝石加工蓝宝石加工包括打孔、切割、切槽、钻孔等多个工艺，以制成所需的透镜、激光波导器件、光学器件、LED芯片等产品。

加工时需要控制工艺参数，以确保产品的质量和性能。

5.检验和测试蓝宝石制品生产完成后，需要进行检验和测试，以确保产品满足规定标准和要求。

检验和测试包括组装、测试和微观结构分析等多个环节。

总之，蓝宝石新材料生产工艺流程具有高效、低成本、高质量的特点，已经被广泛采用。

随着技术的不断进步和工艺的不断改进，蓝宝石新材料的应用领域将会有更广阔的前景。

6微米钻石蓝宝石减薄工艺流程1.首先，将六微米钻石蓝宝石放入清洁的工作台上。

First, place the six-micron diamond sapphire on a clean workbench.2.然后，使用微型磨削工具将蓝宝石进行初步修整。

Next, use a miniature grinding tool to perform initial trimming of the sapphire.3.接着，使用高精度磨削设备对蓝宝石进行精细修整。

Subsequently, use high-precision grinding equipment to perform fine trimming of the sapphire.4.紧接着，进行精密测量，确保蓝宝石的厚度符合要求。

Next, perform precise measurements to ensure the thickness of the sapphire meets the requirements.5.然后，采用特殊切割工具对蓝宝石进行减薄处理。

Then, use special cutting tools to thin the sapphire.6.接下来，使用清洁溶液清洗蓝宝石，去除表面的杂质和污垢。

Following that, rinse the sapphire with a cleaning solution to remove impurities and dirt from the surface.7.然后，对蓝宝石进行干燥处理，确保其表面干净无尘。

Subsequently, dry the sapphire to ensure the surface is clean and dust-free.8.紧接着，进行最终的质量检查，确认蓝宝石的厚度和质量符合要求。

Next, perform a final quality check to confirm that the thickness and quality of the sapphire meet the requirements.9.最后，将薄的蓝宝石装入相应的容器中，并进行包装封存。

蓝宝石衬底表面缺陷成因分析与改进措施作者：刘建飞周志豪吴丽琼黄建烽来源：《工业技术创新》2020年第03期摘要：蓝宝石衬底在实际量产中，约10%～15%会产生表面缺陷，导致成品返工或报废，经济损失较大。

分析实际量产作业中设备与工艺过程，探究和比较刮伤、坑洞、气泡、颗粒、崩角、色差共6种表面缺陷的失效模式，提出了技術和工艺改善措施。

在检测方式上，对比了接触式及非接触式检测工具与原理，探讨了各自的分辨率与呈现方式，为得到更有效的改善技术和工艺奠定了基础。

过程改进后，量产作业表面缺陷占比降低至5%～8%。

若要实现更低的表面缺陷占比，需进一步改良工艺过程和机台硬件配置。

关键词：蓝宝石衬底;表面缺陷;量产;失效模式;接触式检测;非接触式检测引言蓝宝石（α-Al2O3）作为发光二极管（LED）中常见的一种衬底材料，具有硬度高、熔点高、光透性好、热稳定性好和化学性质稳定等特性，至今已发展至6寸以上尺寸且具备量产的工艺能力。

衬底表面质量对后续的图形化处理（PSS）与GaN外延层的生长有很大的影响，因此需要优异的衬底加工工艺，以获取高质量衬底基片[1]。

蓝宝石衬底制备过程中，常见的外观缺陷主要有刮伤（Scratch）、坑洞（Pits）、气泡（Bubbles）、颗粒（Particle）、色差（Color defect）以及崩角（Chipping）等。

李强[2]详述了硅衬底表面缺陷的产生原因及改善措施，从而在量产条件下提升了硅衬底制备能力及表面质量。

而目前对于蓝宝石衬底表面缺陷的研究，多处于检测与分析阶段。

实际量产中，约10%～15%会产生蓝宝石衬底表面缺陷，导致成品返工或报废，造成严重经济损失，故需深入讨论缺陷的失效模式，以改善衬底表面质量，提高成品率。

本文使用KLA-Tencor Candela CS20R以及SEM SU8010等检测设备，对蓝宝石衬底量产时常见的表面缺陷进行检测、分类和分析，并结合现有条件提出有效的改善措施，从而提升量产能力，改善成品表面质量。

非化学反应的烤蓝工艺
烤蓝工艺是一种非化学反应的技艺，主要是利用高温对蓝宝石和红宝石进行烤制和改良，达到改善和提升宝石的色泽和质量的目的。

烤蓝工艺一般具有以下步骤：
1. 清洗宝石。

清洗需要使用特定的溶液和设备，将宝石表面的灰尘和油脂等物质清除干净，确保后续处理能够更加精确和有效。

2. 准备烤蓝设备。

使用特定设备将宝石放置在高温环境中，在一定的时间内持续加热，通常需要高达2000摄氏度的高温环境。

3. 加热处理。

宝石在高温环境中经过一定时间的加热，因为每种宝石的材质和结构不同，所以加热时间和温度的控制非常重要，需要按照宝石的种类来决定加热时间和的温度范围。

4. 冷却宝石。

在高温环境加热一定时间后，将宝石慢慢冷却，让其逐渐恢复正常温度。

冷却时间需要适当控制，以避免宝石出现裂纹等损坏。

经过烤蓝工艺处理后的宝石，其颜色会更加鲜艳、透明度更高，同时也可改变宝石的内部构造和缺陷等。

需要注意的是，烤蓝工艺并不能对所有的宝石都产生良好的效果，因此在进行烤蓝处理时需要对宝石的质地和性质进行仔细的评估和测试。

人工晶体学报第４０卷管理想的衬底材料¨。

从熔体中生长蓝宝石单晶的方法主要有提拉法、导模法、坩埚下降法、泡生法等，其中泡生法是生长大尺寸蓝宝石单晶最常用的方法。

其主要特点是晶体向熔体内生长，可以一直长到距坩埚壁１０—３０ｉＴｉｍ的位置，在整个生长过程中晶体不被提拉出坩埚。

晶体内温差小，从而有效地减小了残余应力，防止晶体开裂，并降低了位错密度旧Ｊ。

由于蓝宝石生长过程不可视，无法对生长过程进行实时观测，给晶体质量控制带来了障碍。

利用计算机数值模拟可以方便、快捷地对晶体生长过程进行优化仿真，并提供无法通过观察和测量得到的信息，大大降低了实验成本和周期。

本文采用数值模拟和对比分析的方法，对泡生法生长蓝宝石单晶的热场进行改进和优化。

目的是通过优化泡生炉内的热场，减小结晶前沿的温度梯度，降低晶体内部由于温度梯度过大而产生的缺陷，并减小加热器功耗，从而获得更高的产率和更好的晶体质量。

２模型简化与边界设定２．１物理模型和数学描述本文采用常用的坩埚外径为２５０ｌｌｌｍ的泡生法单晶炉［４】。

物理模型采用简化的二维轴对称模型，如图１。

数值模拟采用俄罗斯ＳＴＲ公司开发的晶体生长专业模拟软件ＣＧＳｉｍ，该软件用于泡生法蓝宝石单晶的生长模拟和实验验证已被大量文献所报道＂引。

模拟过程考虑了晶体、熔体和坩埚内的能量守恒，高温熔体内的湍流流动，以及半透明晶体内的镜面辐射热交换。

由于长晶过程十分缓慢，故模拟过程设为稳态。

长晶过程由以下守恒方程决定：熔体内的连续性方程：Ｘ７·ＰⅡ＝０图１炉体结构简图Ｆｉｇ．１Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｆｕｒｎａｃｅ（１）熔体内的动量守恒方程：‘ｐ面ｄｕ＝一Ｖｐ＋Ｖ·（２９。

行专）＋ｐ归（ｒｏ—ｒ＞ｇ（２）晶体和熔体内的能量守恒方程：ｐｑｉｄＴ＝Ｖ·（Ａ甜Ｖｒ）一Ｖ·’ｑ。

其它固体区域的热平衡方程：Ｖ·（ＡＶＴ）一ｑ＝０固体表面问的辐射换热：ｇ≯‘＝Ｅｋ盯Ｚ＋（１一占。

一种常温蓝宝石谐振腔和优化方法
常温蓝宝石谐振腔是一种用于激光器等光学器件中的谐振腔结构。

常温蓝宝石谐振腔由两个平行的反射镜和一个夹在其间的蓝宝石晶体组成。

这种结构可以有效地增强输入光的共振反射，从而提高谐振腔中的光增益和光场强度。

常温蓝宝石谐振腔的优化方法主要有以下几点：
1. 反射镜设计优化：反射镜的曲率半径、曲率形状、玻璃种类等参数对谐振腔的性能有着重要影响。

通过优化反射镜的设计，可以提高腔体的光束质量和光学效率。

2. 蓝宝石晶体的选择和制备：蓝宝石晶体的选择和制备对谐振腔的性能也很关键。

选择具有高光学质量和低损耗的蓝宝石晶体，并采用优化的生长和制备工艺，可以提高谐振腔的光学效率和功率输出。

3. 抑制谐振腔中的损耗：在谐振腔内部，会存在吸收和散射等损耗。

通过设计合适的光路和结构，可以减小损耗，提高光的传输效率。

4. 温度控制：常温蓝宝石谐振腔的性能受环境温度的影响较大。

通过采用有效的温度控制手段，可以稳定腔体温度，提高系统的稳定性和性能。

通过以上优化方法，可以提高常温蓝宝石谐振腔的光学性能，实现更高的光输出功率和更好的光束质量。