材料档案：合成蓝宝石

顾特服（Goodfellow）在之前发布了一篇以氧化铝为焦点的案例分析。我们在这篇文章中提到可以将此材料用于制造合成蓝宝石和红宝石。本周我们应部分读者的要求，将就此展开详细探讨。 因此，可将本文视作“你们提问，我们回答”这样一种形式。鉴于红宝石表现出与蓝宝石相同的特性，因此，我们今天只谈蓝宝石。

蓝宝石属于单晶形式的刚玉或(α)氧化铝，最早实现人工合成是在一个多世纪前。虽然合成蓝宝石早已不是什么新鲜事物，但目前出现了更加令人兴奋的进展。而当设计工程师在面对高温、高压和刺激性化学物质等极端条件时，使用合成蓝宝石材料是其热门选择。

性能概述与特性

关于蓝宝石，有一个鲜为人知的事实，即其硬度和抗刮擦性仅次于钻石，莫氏硬度为9。此外，蓝宝石还具备以下特性：

• 熔点相对较高（2050˚C）
• 抗冲击、耐腐蚀
• 惰性
• 极端压力下的耐用性
• 导热性
• 高耐热性
• 可被介于150nm (紫外线)和5500nm (红外线)之间的波长穿透
• 耐化学性

以上特性使得合成蓝宝石相对于其他先进陶瓷材料和普通先进材料而言有了一定优势。

生产

对于合成蓝宝石的生长与具体的精加工，有着诸多技术可用。而生产蓝宝石的所有方法都包含两个基本步骤，即熔化氧化铝和冷却/固化氧化铝，使其晶体排列整齐。目前共有六种生产方法，且各有其优缺点。要选用正确的方法，则应与能够熟练将制造技术和精加工工艺与预期应用相匹配的人员进行合作。精加工工艺则包括成型、切片、研磨和抛光。

应用

蓝宝石应用广泛，包括用于制造微型轴承、大型导弹头部整流罩等。以下列出了一些典型的应用：

半导体制造：基板、晶片、等离子体管、腔室观察窗、气体喷射器、顶销

工业：气体与化学分析、热电偶、绝缘体、医疗器械、棒材、轴承、毛坯、摩擦板

光学：激光应用、高性能合成蓝宝石窗口（包括紫外线、近红外线、红外线窗口）、核磁共振、透镜、棱镜、毛坯

军事与航空航天：前视红外仪（前视红外窗口、制导系统、辐射线测定、导弹头部整流罩）

下一步将有怎样的发展？

近年来的技术进步，使得蓝宝石零部件数量越来越多。目前合成蓝宝石管件长度可达1000毫米，晶片直径已接近300毫米，整流罩直径则已超过200毫米。如此进步，既推动了创新，也为令人兴奋的新设计铺平了道路。向近净形晶体生长的转型，也催生了设计上的灵活性。合成蓝宝石的巨大潜力，还只是刚刚才被释放。

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