高純?nèi)趸X產(chǎn)業(yè)鏈情況簡(jiǎn)介

1、目錄一、 三氧化二鋁基本信息二、 三氧化二鋁主要用途三、 產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)四、 主流制備方法五、 主要生產(chǎn)企業(yè)情況六、 下游藍(lán)寶石生產(chǎn)的工藝七、 主要藍(lán)寶石生產(chǎn)企業(yè)八、 結(jié)論高純?nèi)趸X產(chǎn)業(yè)鏈情況簡(jiǎn)介一、三氧化二鋁基本信息分子式：AL2O3分子量：102熔點(diǎn)：2050比重：AL2O32。5-3。2g/cm3特點(diǎn)：高純度、超細(xì)、粒度分布均勻，白色無(wú)味粉末，純度為99。99%以上的稱(chēng)為高純一般可以按以下四種分類(lèi)方式區(qū)分：（一）按晶型分類(lèi)氧化鋁是白色晶狀粉末，已經(jīng)證實(shí)氧化鋁有、和等十一種晶體。不同的制備方法及工藝條件可獲得不同結(jié)構(gòu)的納米氧化鋁：、和型氧化鋁，其特點(diǎn)是多孔性，高分散、高活性，屬活性氧化鋁；

2、、型氧化鋁；-Al2O3，其比表面低，具有耐高溫的惰性，但不屬于活性氧化鋁，幾乎沒(méi)有催化活性；-Al2O3、-Al2O3的比表面較大，孔隙率高、耐熱性強(qiáng)，成型性好，具有較強(qiáng)的表面酸性和一定的表面堿性，被廣泛應(yīng)用作催化劑和催化劑載體等新的綠色化學(xué)材料。（二）按純度分可以分為1、 普通型，99。99%以下2、 4N-4N5，99。99%-99。995%3、 4N5-5N，99。995%-99。999%（三）按照粒徑尺寸不同可以分為1、 普通氧化鋁，粒徑尺寸大于100nm。2、 納米氧化鋁，粒徑100nm以下，基本要求是30nm。（四）按照物理尺寸和其他一些物理指標(biāo)1、餅料2、粉料3、晶塊料4、球形

3、顆粒料二、主要用途根據(jù)氧化鋁純度和粒徑的不同，使用場(chǎng)合也不同，概括如下：（1）透明陶瓷：高壓鈉燈燈管、EP-ROM窗口。（2）化妝品填料。（3）單晶、紅寶石、藍(lán)寶石、白寶石、釔鋁石榴石。（4）高強(qiáng)度氧化鋁陶瓷、C基板、封裝材料、刀具、高純坩堝、繞線軸、轟擊靶爐管。（5）精密拋光材料、玻璃制品、金屬制品、半導(dǎo)體材料、塑料、磁帶、打磨帶。（6）涂料、橡膠、塑料耐磨增強(qiáng)材料、高級(jí)耐水材料。（7）氣相沉積材料、熒光材料、特種玻璃、復(fù)合材料和樹(shù)脂材料。（8）催化劑、催化載體、分析試劑。（9）宇航飛機(jī)機(jī)翼前緣。一般4N5以上高純氧化鋁系列主要用于LED人造藍(lán)寶石晶體，高級(jí)陶瓷，PDP熒光粉及一些高性能材料

4、。作為藍(lán)寶石晶體原料，根據(jù)不同的要求可提供粉體，顆粒，塊狀或者柱狀等類(lèi)型。4N高純氧化鋁系列主要用于高壓鈉燈，新型發(fā)光材料，特殊陶瓷，高級(jí)涂層，三基色，催化劑及一些高性能材料。根據(jù)不同的要求可提供粉體，顆粒等類(lèi)型。三、產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)鋁土礦或純鋁或氫氧化鋁上述第一類(lèi)使用4N-4N8LED用作LED襯底藍(lán)寶石長(zhǎng)晶，典型企業(yè)奧瑞德、藍(lán)晶4N8-5N透明陶瓷藍(lán)寶石晶體材料產(chǎn)業(yè)鏈高純氧化鋁原料單晶爐設(shè)備和熱場(chǎng)耗材掏、切、磨、拋設(shè)備和輔料、檢測(cè)分析設(shè)備圖形化設(shè)備和輔料四、主流制備方法生產(chǎn)藍(lán)寶石晶體主要消耗的原料為5N高純氧化鋁粉體，塊體。目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)高純氧化鋁的主流技術(shù)有三種：多重結(jié)晶法、醇鹽水解法、直接水解

5、法。1， 多重結(jié)晶法具體又分為硫酸鋁銨熱解法和碳酸鋁銨熱解法。目前國(guó)內(nèi)山東，上海，貴州等地的廠家，多數(shù)采取這種方法。它的缺點(diǎn)就是金屬鐵、鎳、鈦、鋯等離子以及鹵素元素難以去除，純度最多可以達(dá)到4N，基本已經(jīng)極限了，實(shí)際是3個(gè)9；從純度上說(shuō)，它的缺陷挺大，一般只能用在焰熔法寶石上，要直接拿來(lái)做大尺寸藍(lán)寶石晶體原料就很難。無(wú)法滿(mǎn)足高端要求。2， 直接水解法即為膽堿法，膽堿法是目前國(guó)內(nèi)規(guī)模最大的4N級(jí)氧化鋁生產(chǎn)方法。目前河北，廣州有廠家用的是這種方法。只能做工業(yè)寶石和低端藍(lán)寶石。這種工藝的主要缺陷在于無(wú)法再次提純，原料是什么級(jí)別，做出來(lái)的氧化鋁，就是什么級(jí)別，不可能超越原料水平。而且在水解過(guò)程中，為了

6、增加反應(yīng)接觸面積，需要把鋁材加工成片料或者粉料，這個(gè)過(guò)程中容易帶進(jìn)Fe，Ti、Ni、Zr等雜質(zhì)。而這兩種雜質(zhì)含量多少對(duì)藍(lán)寶石的品質(zhì)影響非常大。3， 醇鋁水解法、醇鹽水解法即為異丙醇鋁法。宣城晶瑞是用的這種方法，目前日本和美國(guó)也主要采取這種工藝生產(chǎn)高純度氧化鋁，產(chǎn)品純度高達(dá)到5個(gè)9，主要用于LED藍(lán)寶石長(zhǎng)晶行業(yè)。這種工藝比較復(fù)雜，國(guó)內(nèi)能掌握此技術(shù)的很少。和直接水解法相比，這種工藝的主要優(yōu)點(diǎn)是：1）高純鋁和醇類(lèi)反應(yīng)充分，不需要加工成粉末，避免加工過(guò)程中帶入Fe，Ti等雜質(zhì)引入。2）可以再次提純，反應(yīng)得到的異丙醇鋁可以在230-250度下8級(jí)塔板精餾，以氣態(tài)的形式收集高純異丙醇鋁，鐵、鈦、鎳、鋯、鉛

7、、鎂等金屬雜質(zhì)不會(huì)氣化，留在釜底。冷凝下來(lái)的高純異丙醇鋁還可以再次用陶瓷膜分離，游離金屬雜質(zhì)鉀，鈉，鋅等都被除去。3）粉體在凈化室內(nèi)5n氮?dú)夥諊蚂褵郎p少了污染。4）塊體采用1000噸預(yù)壓，再等靜壓，密度可以達(dá)到3。7。幾種方法的比較比較包括優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)多重結(jié)晶法硫酸鋁銨熱解法工藝較為簡(jiǎn)單成本相對(duì)較低金屬鐵、鎳、鈦、鋯等離子以及鹵素元素難以去除，純度最多可以達(dá)到4N，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，有污染碳酸鋁銨熱解法無(wú)污染工藝較為簡(jiǎn)單金屬鐵、鎳、鈦、鋯等離子以及鹵素元素難以去除，純度最多可以達(dá)到4N，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，醇鋁（鹽）水解法即異丙醇鋁法純度高，粒徑小工藝復(fù)雜，生產(chǎn)成本高直接水解法即膽堿法反應(yīng)溫和，無(wú)污染成本相對(duì)

8、較低無(wú)法做出4N以上高純產(chǎn)品五、主要企業(yè)情況高純氧化鋁廠家1、國(guó)內(nèi)企業(yè)主要有以下幾家序號(hào)公司名曾用名產(chǎn)能1上海銥銘材料科技有限公司河北鵬達(dá)新材料科技有限公司，直接水解法，國(guó)內(nèi)熒光粉市場(chǎng)領(lǐng)域占有量達(dá)到75%以上2000噸5N，5000噸4N？2大連海藍(lán)光電材料有限公司大連瑞爾精細(xì)陶瓷有限公司，醇鹽水解法2000噸5N？3宣城晶瑞新材料有限公司杭州萬(wàn)景新材料股份有限公司，醇鋁水解法，成立于2009年12月，2012年投產(chǎn)2000噸5N，其中1000噸粉料，800噸塊料，4揚(yáng)州高能新材料有限公司醇鹽水解法150噸4N5-5N，準(zhǔn)備擴(kuò)至650噸5淄博信富盟化工有限公司可能是貿(mào)易公司150噸4N56淄博

9、正森化工有限公司4N57淄博恒基天力工貿(mào)有限公司5N，月產(chǎn)0。9噸8淄博鑫美宇氧化鋁有限公司4N5N240噸9淄博尊宸晶體材料銷(xiāo)售有限公司4N810淄博百大化工有限公司4N11山東大盛光電科技有限公司在煙臺(tái)100噸5N12山東晶鑫晶體科技有限公司由山東三豐集團(tuán)股份有限公司出資建設(shè)(股權(quán)代碼:100021，股權(quán)簡(jiǎn)稱(chēng):三豐股份)，三萬(wàn)噸晶體1000噸4N813愛(ài)麗化工有限公司5N14鴻福晶體科技（安徽）有限公司自己拉晶，180臺(tái)拉晶機(jī)5N15北京華創(chuàng)銳新經(jīng)貿(mào)有限公司5N16河南省聯(lián)合磨料磨具4N517營(yíng)口興泰光電材料有限公司鋁醇鹽水解法150噸4N818上海鈺晶科技有限公司不能確定是否自己生產(chǎn)4N

10、19元瀚科技（TW）5N20捷斯奧企業(yè)有限公司（TW）4N721深圳晶材化工有限公司5N22徐州捷創(chuàng)新材料科技有限公司(宏武納米)4N23重慶任丙科技有限公司2012年6月投產(chǎn)4N8投資5000萬(wàn)，2012下半年3000萬(wàn)銷(xiāo)售24北京冠金利新材料科技有限公司4N25無(wú)錫拓博達(dá)鈦白制品有限公司1500噸5N，1000噸納米氧化鋁26淄博宏赫化工有限公司淄博宏豪晶體材料有限公司2011年投產(chǎn)一期2000噸5N27蘇州華澤納米材料有限公司子公司成都華澤晶體材料有限公司，投資7000萬(wàn)，參加過(guò)2012年4月25日的領(lǐng)軍秀300噸5N28邯鄲曲周縣1000噸的一個(gè)公司2012年開(kāi)工建設(shè)29山東科恒晶體材

11、料科技有限公司號(hào)稱(chēng)1200噸30貴陽(yáng)一晶相光電科技有限公司號(hào)稱(chēng)300噸31南通泰爾特服裝有限公司不詳32北京賽萬(wàn)德科技有限公司總結(jié)有將近15000多噸藍(lán)寶石級(jí)的產(chǎn)能2、國(guó)外企業(yè)主要如下序號(hào)公司名制備方法產(chǎn)能1住友化學(xué)株式會(huì)社（JP）醇鋁法愛(ài)媛縣工廠2012。12從1600噸增加到3200噸，韓國(guó)工廠2013年3月投產(chǎn)，預(yù)計(jì)1600噸產(chǎn)能，總4800噸2OrbiteAluminaeInc。TSX:ORT，獨(dú)特工藝5N6N2011年2月試驗(yàn)成功，2013年Q1，1噸每天，年中3噸每天，年底5噸每天，也就是計(jì)劃年產(chǎn)能2000噸3RusgemsHighTechnologies(RUS)也做長(zhǎng)晶設(shè)備4N

12、74大明化學(xué)工業(yè)株式會(huì)社碳酸鋁銨熱解法5BAIKOWSKIGROUP(USA)自己火焰法做晶體，硫酸鋁銨熱解法制作氧化鋁30年前開(kāi)始生產(chǎn)，4N，6Dongwoo（KOR）1600噸，住友子公司7日本輕金屬株式會(huì)社2011。9從300噸增加到1000噸1000噸總結(jié)估計(jì)2萬(wàn)噸以?xún)?nèi)的產(chǎn)能3、 供需關(guān)系在網(wǎng)上尋找的資料可以估算出高純氧化鋁的需求。一般年產(chǎn)每萬(wàn)片2寸藍(lán)寶石襯底需要用500kg 高純氧化鋁材料，截至2012年一季度末，國(guó)內(nèi)已投產(chǎn)、在建的和剛規(guī)劃的藍(lán)寶石項(xiàng)目達(dá)到60個(gè)。其中，已投產(chǎn)的藍(lán)寶石項(xiàng)目比例超過(guò)35%。若在建的和已規(guī)劃的藍(lán)寶石項(xiàng)目全部建成投產(chǎn)，國(guó)內(nèi)2英寸藍(lán)寶石襯底年產(chǎn)能將超過(guò)3億片，

13、相當(dāng)于2010年全球藍(lán)寶石襯底需求量的10倍。按照3億片的數(shù)量計(jì)算，需要30000*500kg=15000噸高純氧化鋁，如果再算上良率和切削損耗，需求會(huì)多一些。如果國(guó)內(nèi)的氧化鋁生產(chǎn)廠家公布的數(shù)據(jù)都是真實(shí)的話，也就在15000噸左右的產(chǎn)能。六、藍(lán)寶石長(zhǎng)晶工藝和下游生產(chǎn)廠家1、生產(chǎn)工藝主要包括焰熔法、CZ提拉法、泡生法KY、熱交換器長(zhǎng)晶法HEM、倒模法EFG、坩堝下降法、溫度梯度法TGT、水平法HDM、微提拉旋轉(zhuǎn)泡生法SAPMAC。（1） 焰熔法熔焰法(Verneuilmethod)是熔體中生長(zhǎng)單晶的方法，其原料的粉末在通過(guò)高溫的氫氧火焰后熔化，熔滴在下落過(guò)程中冷卻并在種晶上凝固并逐漸生長(zhǎng)形成單晶

14、。該方法主要特點(diǎn):原材料是粉末狀的，放置于熔焰爐內(nèi)的容器內(nèi)，容器底部有孔，粉體通過(guò)振動(dòng)撒入。粉末和氧氣一起進(jìn)入一個(gè)狹窄的管道，這個(gè)狹窄管道安裝在一個(gè)較大的管道內(nèi)，大的管道內(nèi)可以提供氧氣，狹窄管道的開(kāi)口處可以產(chǎn)生高于2000的火焰。當(dāng)粉末通過(guò)火焰時(shí)，就被熔成液體，滴在安裝在下面的陶制支撐桿上，液滴在支撐桿上形成錐形燒結(jié)體，末端與火焰很近，保持熔融狀態(tài)。這種技術(shù)是最早產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)人造紅寶石和藍(lán)寶石的有效技術(shù)，被廣泛應(yīng)用于制作小尺寸人造藍(lán)寶石部件珠寶。熔焰法生長(zhǎng)的寶石晶體尺寸較小，具有大量的鑲嵌結(jié)構(gòu)，質(zhì)量欠佳。熔焰法中成核原理、晶體生長(zhǎng)率和尺寸控制原理被應(yīng)用于各種晶體生長(zhǎng)的方法里，比如泡生法、提拉法等

15、，可以說(shuō)是晶體生長(zhǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)。熔焰法示意圖（2） CZ提拉法提拉法(Czochralskimethod)由Czochralski于1918年發(fā)明，是利用籽晶從熔體中提拉生長(zhǎng)出晶體的方法。將預(yù)先合成好的多晶原料裝在坩鍋中，并加熱到原料的熔點(diǎn)以上使原料熔化成熔體，在坩鍋上方有一根可以放置和升降的提拉桿，桿的下端帶有夾頭，其上裝有籽晶。降低提拉桿，使籽晶插入熔體中，只要溫度合適，籽晶既不熔掉也不長(zhǎng)大，然后慢慢向上提拉和轉(zhuǎn)動(dòng)晶桿。同時(shí)緩慢地降低加熱功率，籽晶就逐漸長(zhǎng)粗，小心地調(diào)節(jié)加熱功率，就能得到所需直徑的晶體。用此方法已經(jīng)成功長(zhǎng)出了半導(dǎo)體、氧化物和其他絕緣類(lèi)的大晶體。合理的溫度場(chǎng)、提拉速度和晶體轉(zhuǎn)速

16、是本方法的關(guān)鍵。該方法主要特點(diǎn):籽晶被固定在桿上，浸入Al2O3熔體里，籽晶桿邊向上拉邊旋轉(zhuǎn)。通過(guò)精確控制溫度梯度、提拉和旋轉(zhuǎn)的速度，就有可能從熔體中提拉出大尺寸單晶圓柱形錠。通過(guò)選擇合適的籽晶，就有可能生長(zhǎng)出各種方向的晶體(A、M、C、R)。用這種方法可以獲得直徑6英寸的藍(lán)寶石晶體。提拉法與泡生法晶體的生長(zhǎng)過(guò)程大體一致，不同之處是泡生法在等徑生長(zhǎng)時(shí)不再使用提拉技術(shù)，而結(jié)晶動(dòng)力是外部溫度場(chǎng)不斷降低溫度形成的；泡生法可生長(zhǎng)出直徑100mm以上的晶體，而提拉法晶體較??；泡生法擁有適合藍(lán)寶石晶體生長(zhǎng)的最佳溫度梯度，可獲得高質(zhì)量大尺寸晶體，缺陷密度也較低。目前提拉法仍然是生長(zhǎng)藍(lán)寶石最普遍的方法，使用直

17、徑150mm的坩鍋一般可得到110mm的藍(lán)寶石晶體。世界五百?gòu)?qiáng)法國(guó)SaintGobain、英國(guó)JohnsonMattey以及加拿大Honeywell等公司現(xiàn)在仍用提拉法生長(zhǎng)棒狀藍(lán)寶石晶體，主要以生長(zhǎng)2英寸晶體為主，滿(mǎn)足半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中襯底材料的需要。提拉法示意圖（3） 泡生法KY泡生法(Kyropoulos)由Kyropoulos于1926年首先提出并用于晶體的生長(zhǎng)。其生長(zhǎng)設(shè)備是在提拉設(shè)備基礎(chǔ)上改造而來(lái)的。該方法用于大尺寸鹵族晶體、氫氧化物和碳酸鹽等晶體的制備與研究。20世紀(jì)6070年代，經(jīng)前蘇聯(lián)的Musatov改進(jìn)，將此方法應(yīng)用于藍(lán)寶石單晶的制備。該方法生長(zhǎng)的單晶，外型通常為梨形，晶體可以生長(zhǎng)到

18、比坩鍋內(nèi)徑小1030mm的尺寸。泡生法適合于生長(zhǎng)同成分熔化的化合物或用于生長(zhǎng)含某種組分的晶體。該方法將一根受冷的籽晶與熔體接觸，如果界面的溫度低于凝固點(diǎn)，則籽晶開(kāi)始生長(zhǎng)。為了使晶體不斷長(zhǎng)大，就需要逐漸降低熔體的溫度，同時(shí)下放并旋轉(zhuǎn)晶體以便改善熔體的溫度分布，也可以緩慢地或分階段地上提晶體，以擴(kuò)大散熱面。該方法的主要特點(diǎn):在整個(gè)晶體生長(zhǎng)過(guò)程中，晶體不被提出坩堝，不與坩鍋接觸，仍處于熱區(qū)。這樣就可以精確控制它的冷卻速度，減小熱應(yīng)力和坩堝的污染，從而將位錯(cuò)密度降低到最低。晶體生長(zhǎng)時(shí)，固液界面處于熔體包圍之中。這樣熔體表面的溫度擾動(dòng)和機(jī)械擾動(dòng)在到達(dá)固液界面以前可被熔體減小以致消除。選用軟水作為熱交換器

19、內(nèi)的工作流體。晶體生長(zhǎng)過(guò)程中存在晶體的移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)，容易受到機(jī)械振動(dòng)影響，通常表現(xiàn)出較小的殘余應(yīng)力和缺陷密度。特有的生長(zhǎng)速度是015kg/h。整個(gè)過(guò)程可以自動(dòng)化控制。泡生法常用來(lái)生產(chǎn)大尺寸的梨形人造藍(lán)寶石，直徑可達(dá)70200mm，高度可達(dá)250mm。泡生法主要在俄羅斯得到廣泛的應(yīng)用和發(fā)展，俄羅斯的ATLAS公司利用該方法對(duì)直徑為50，100mm和150mm的光學(xué)級(jí)藍(lán)寶石晶棒已實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。1993年，俄羅斯的SIVavilov國(guó)家光學(xué)研究所報(bào)道采用泡生法合成300mm的藍(lán)寶石晶體，近年來(lái)新西伯利亞無(wú)機(jī)化學(xué)研究所采用泡生法已研究制備出400mm、少缺陷的藍(lán)寶石晶體，但還未實(shí)現(xiàn)大量生產(chǎn)。泡生法示

20、意圖（4） 熱交換法HEM熱交換法(Heatexchangermethod)制備大尺寸藍(lán)寶石晶體是FredSchmid和Dennis在1967年發(fā)明的。世界最大的藍(lán)寶石晶體就是采用熱交換法制備的，直徑達(dá)到381mm。熱交換法系統(tǒng)保溫效果好，能獨(dú)立控制熔體和晶體的溫度梯度，可控性好，較易生長(zhǎng)出位錯(cuò)低、尺寸大的藍(lán)寶石晶體。熱交換法具有別種方法所不具有的特點(diǎn):熱量的輸入和輸出獨(dú)立控制；梨型晶體長(zhǎng)大后可原位退火。該方法主要特點(diǎn):和泡生法類(lèi)似，熱交換法可以在結(jié)晶過(guò)程中控制固液溫度梯度，生長(zhǎng)出梨形人造寶石。采用氦氣冷卻的方法進(jìn)行熱交換。熱量供給主要通過(guò)熔爐溫度，氦氣通過(guò)熱交換器冷卻。這種方式可以獲得大尺寸

21、、高質(zhì)量(低缺陷、小殘余應(yīng)力)的晶體?？梢援a(chǎn)生穩(wěn)定的溫度梯度。可以通過(guò)減少氦氣流量，使晶體在恒溫退火狀態(tài)下快速生長(zhǎng)。在生長(zhǎng)的大部分過(guò)程中，固-液界面都是在液體的保護(hù)下，減少了機(jī)械和熱擾動(dòng)，而其它工藝比如提拉法是在晶體生長(zhǎng)過(guò)程中通過(guò)晶體的轉(zhuǎn)動(dòng)、坩堝反身旋轉(zhuǎn)來(lái)減少機(jī)械和熱擾動(dòng)的。熱交換法的主要缺點(diǎn)是采用氦氣作冷卻氣體，代價(jià)昂貴，不能生長(zhǎng)C軸方向的晶體；對(duì)設(shè)備要求高，工藝復(fù)雜，運(yùn)行成本高。熱交換法示意圖（5） 倒模法EFG導(dǎo)模法(Edge-definedfilm-fedgrowthmethod)又稱(chēng)邊緣薄膜供料法，主要用于生長(zhǎng)特定形狀的晶體，實(shí)際上是提拉法的一種變形?？梢垣@得無(wú)生長(zhǎng)條紋的光學(xué)均勻性較

22、好的晶體。該方法主要特點(diǎn):能直接從熔體中生長(zhǎng)出片、絲、管、棒、板等晶體，而且晶體生長(zhǎng)速度快，尺寸可精確控制，大大簡(jiǎn)化了晶體加工程序，節(jié)省了材料、時(shí)間和能源。采用提拉法單晶爐，將特制模具放入熔體中，要求模具頂部截面與擬生長(zhǎng)的晶體截面形狀相同。導(dǎo)模法存在的主要問(wèn)題是技術(shù)難度大，不易推廣。對(duì)模具的制備十分嚴(yán)格，生長(zhǎng)過(guò)程中常由于固液界面處出現(xiàn)溫度過(guò)冷，形成氣孔、晶粒間界等，很難得到大尺寸、光學(xué)級(jí)質(zhì)量的藍(lán)寶石。倒模法示意圖（6） 坩堝下降法該方法的創(chuàng)始人是P.W.Bridgman，論文發(fā)表于1925年。 D.C.Stockbarger曾對(duì)這種方法的發(fā)展作出了重要的推動(dòng)，因此這種方法也可以叫做布里奇曼斯托

23、克巴杰方法,簡(jiǎn)稱(chēng)B-S方法。該方法的特點(diǎn)是使熔體在坩堝中冷卻而凝固。坩堝可以垂直放置，也可以水平放置(使用“舟”形坩堝)，如下圖所示。生長(zhǎng)時(shí)，將原料放入具有特殊形狀的坩堝里，加熱使之熔化。通過(guò)下降裝置使坩堝在具有一定溫度梯度的結(jié)晶爐內(nèi)緩緩下降，經(jīng)過(guò)溫度梯度最大的區(qū)域時(shí)，熔體便會(huì)在坩堝內(nèi)自下由上地結(jié)晶為整塊晶體。下降法一般采用自發(fā)成核生長(zhǎng)晶體，其獲得單晶體的依據(jù)就是晶體生長(zhǎng)中的幾何淘汰規(guī)律，原理如下圖所示。在一根管狀容器底部有三個(gè)方位不同的晶核A、B、C，其生長(zhǎng)速度因方位不同而不同。假設(shè)晶核B的最大生長(zhǎng)速度方向與管壁平行，晶核A和C則與管壁斜交。由圖中可以看到，在生長(zhǎng)過(guò)程中，A核和C核的成長(zhǎng)空間

24、因受到B核的排擠而不斷縮小，在成長(zhǎng)一段時(shí)間以后終于完全被B核所湮沒(méi)，最終只剩下取向良好的B核占據(jù)整個(gè)熔體而發(fā)展成單晶體，這一現(xiàn)象即為幾何淘汰規(guī)律優(yōu)點(diǎn)1) 由于可以把原料密封在坩堝里，減少了揮發(fā)造成的泄漏和污染，使晶體的成分容易控制2) 操作簡(jiǎn)單，可以生長(zhǎng)大尺寸的晶體?？缮L(zhǎng)的晶體品種也很多，且易實(shí)現(xiàn)程序化生長(zhǎng)3) 由于每一個(gè)坩堝中的熔體都可以單獨(dú)成核，這樣可以在一個(gè)結(jié)晶爐中同時(shí)放入若干個(gè)坩堝，或者在一個(gè)大坩堝里放入一個(gè)多孔的柱形坩堝，每個(gè)孔都可以生長(zhǎng)一塊晶體，而它們則共用一個(gè)圓錐底部進(jìn)行幾何淘汰，這樣可以大大提高成品率和工作效率缺點(diǎn)1) 不適宜生長(zhǎng)在冷卻時(shí)體積增大的晶體2) 由于晶體在整個(gè)生長(zhǎng)

25、過(guò)程中直接與坩堝接觸，往往會(huì)在晶體中引入較大的內(nèi)應(yīng)力和較多的雜質(zhì)3) 在晶體生長(zhǎng)過(guò)程中難于直接觀察，生長(zhǎng)周期也比較長(zhǎng)4) 若在下降法中采用籽晶法生長(zhǎng)，如何使籽晶在高溫區(qū)既不完全熔融，又必須使它有部分熔融以進(jìn)行完全生長(zhǎng)，是一個(gè)比較難控制的技術(shù)問(wèn)題總之，BS法的最大優(yōu)點(diǎn)是能夠制造大直徑的晶體(直徑達(dá)200mm)，其主要缺點(diǎn)是晶體和坩堝壁接觸容易產(chǎn)生應(yīng)力或寄生成核。坩堝下降法示意圖（7） 溫度梯度法TGT20世紀(jì)70年代末，上海光機(jī)所創(chuàng)立了導(dǎo)向溫梯法(TGT)，1988年獲得專(zhuān)利權(quán)?！皩?dǎo)向溫梯法”與熱交換法類(lèi)似，是定向籽晶的熔體單結(jié)晶方法。TGT法晶體生長(zhǎng)與泡生法的本質(zhì)區(qū)別是:泡生法Al2O3熔體溫

26、度梯度與重力場(chǎng)方向相同，TGT法鉬坩堝中高溫熔體的溫度梯度與重力場(chǎng)方向相反，有效地避免了因重力場(chǎng)而產(chǎn)生的熱對(duì)流，而且在整個(gè)結(jié)晶過(guò)程中，鉬坩堝、石墨發(fā)熱體和高溫熔體均處于靜止?fàn)顟B(tài)，避免了提拉法中因籽晶或晶體的機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)而產(chǎn)生的強(qiáng)迫對(duì)流，整個(gè)晶體生長(zhǎng)過(guò)程中，固液界面很好保持平界面狀態(tài)，因此TGT法巧妙地處理了對(duì)流現(xiàn)象對(duì)晶體生長(zhǎng)的影響。這一特點(diǎn)與CrystalSystem公司的熱交換法有相似之處。該方法主要特點(diǎn):晶體生長(zhǎng)時(shí)溫度梯度與重力方向相反，并且坩堝、晶體和發(fā)熱體都不移動(dòng)，避免了熱對(duì)流和機(jī)械運(yùn)動(dòng)發(fā)生的熔體渦流。晶體生長(zhǎng)后，由熔體包圍，仍處于熱區(qū)。這樣就可以控制它的冷卻速度，減少應(yīng)力。晶體生長(zhǎng)時(shí)，固

27、-液界面處于熔體包圍之中。熔體表面的溫度擾動(dòng)和機(jī)械擾動(dòng)在到達(dá)固-液界面以前可被熔體減小以致消除，這對(duì)生長(zhǎng)高質(zhì)量的晶體起到了重要作用。此方法生長(zhǎng)的藍(lán)寶石晶體質(zhì)量可與熱交換法的產(chǎn)品相媲美，但晶體坯料需要分別進(jìn)行高溫氧化、還原氣氛退火處理，坯料的后續(xù)處理工藝比較復(fù)雜。導(dǎo)向溫梯法示意圖（8） 水平法HDM水平傳動(dòng)法(HDSMmethod)由Bagdasarov在1975年發(fā)明，它使用了較簡(jiǎn)單的工藝流程，在較低的溫度梯度下生長(zhǎng)出大尺寸的藍(lán)寶石晶體。鉬制船形反應(yīng)器與矩形加熱器相向運(yùn)動(dòng)，這種制備方法成本較低，生長(zhǎng)出的晶體各向異性，有非常好的光學(xué)性能。該方法主要特點(diǎn):晶體在水平船形反應(yīng)器的熔體中生長(zhǎng)。生長(zhǎng)速度

28、是810mm/h，坯料尺寸320mm×115mm×30mm。水平傳動(dòng)法生產(chǎn)的藍(lán)寶石晶體是平板形的，是為了獲得較厚的窗口和元件。用這種方法生產(chǎn)的晶體可以得到180mm×150mm×25mm的窗口材料，這種材料也是生產(chǎn)藍(lán)LED晶片的材料。水平傳動(dòng)法示意圖（9） 微提拉旋轉(zhuǎn)泡生法SAPMAC微提拉旋轉(zhuǎn)泡生法(SAPMAC)又叫冷心放肩微量提拉法，是在對(duì)泡生法和提拉法改進(jìn)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的，用于生長(zhǎng)大尺寸藍(lán)寶石晶體，主要是在烏克蘭頓涅茨公司生產(chǎn)的Ikal220型晶體生長(zhǎng)爐的基礎(chǔ)上改進(jìn)和開(kāi)發(fā)的。晶體生長(zhǎng)系統(tǒng)主要包括控制系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、加熱體、冷卻系統(tǒng)和熱防護(hù)系統(tǒng)等

29、。晶體可以生長(zhǎng)到比坩鍋內(nèi)徑小1030mm的尺寸。籽晶被加工成劈形，利用籽晶夾固定在熱交換器底部。熱交換器可以完成籽晶的固定、晶體的轉(zhuǎn)動(dòng)和提拉，以及熱交換器、晶體和熔體之間熱量的交換作用。加熱體、冷卻系統(tǒng)和熱防護(hù)系統(tǒng)協(xié)同作用，為晶體生長(zhǎng)提供一個(gè)均勻、穩(wěn)定、可控的溫場(chǎng)。根據(jù)晶體生長(zhǎng)所處的引晶、放肩、等徑和退火及冷卻階段的特點(diǎn)，通過(guò)調(diào)節(jié)熱交換器中工作流體的溫度、流量，可以精確控制晶體/熔體中溫度梯度、熱量傳輸，完成晶體生長(zhǎng)。SAPMAC法純凈藍(lán)寶石晶體的生長(zhǎng)主要是依靠體系中溫度梯度所造成的局部過(guò)冷來(lái)驅(qū)動(dòng)，該方法主要特點(diǎn):通過(guò)冷心放肩，保證了大尺寸晶體生長(zhǎng)，整個(gè)結(jié)晶過(guò)程晶向遺傳特性良好，晶體品質(zhì)優(yōu)良。

30、由于只是微量提拉，減少了溫場(chǎng)擾動(dòng)，使溫場(chǎng)更均勻，從而保證了晶體生長(zhǎng)的成品率。晶體可以一直長(zhǎng)到距坩堝壁13cm的位置而不與坩堝壁接觸，在整個(gè)生長(zhǎng)過(guò)程中晶體不被提拉出坩堝，晶體內(nèi)溫差小，能夠有效的減小殘余應(yīng)力，防止晶體開(kāi)裂，降低位錯(cuò)密度，晶體質(zhì)量好。選用水作為熱交換器內(nèi)的工作流體，晶體可以實(shí)現(xiàn)原位退火，較其它方法能夠縮短試驗(yàn)周期、降低成本。微提拉旋轉(zhuǎn)泡生法示意圖1、冷凝水桿；2、加熱器；3、籽晶夾；4、熱交換器頂部；5、坩鍋；6、晶體；7、固/液界面；8、熔體；9、支撐桿；10、熱屏蔽系統(tǒng)理論上按照技術(shù)代別，可以如下所示主流技術(shù)路線的比較按照2010數(shù)據(jù)七、主要的國(guó)內(nèi)外廠家（1） 國(guó)外、臺(tái)灣地區(qū)（2） 大陸公司名稱(chēng)藍(lán)寶石長(zhǎng)晶方法特點(diǎn)云南藍(lán)晶坩堝下降法自己做爐子哈爾濱奧瑞德KY法自己做爐子江蘇協(xié)鑫光電KY法濟(jì)寧聯(lián)電重慶四聯(lián)CZ法 KY法收了honeywell加拿大公司無(wú)錫元亮TSTTT法浙江水晶光電青島嘉星晶電貴州皓天基于HEM法的ASF法和美國(guó)GTAT合作做爐子九江賽翡HEM法四川東駿激光坩堝下降法自己做爐子江蘇歐亞藍(lán)寶光電浙江東晶電子江蘇吉星新材料HEM法陜西神光安瑞光電北京中科晶電山西虹源科技八、根據(jù)工藝和技術(shù)路線 總