[发明专利]一种掺质蓝宝石晶体的原料配方

说明书

技术领域

本发明涉及一种掺质蓝宝石晶体的原料配方，属于晶体技术领域。

背景技术

蓝宝石单晶（Sapphire，又称白宝石、刚玉，分子式为Al₂O₃）密度3.95-4.1 g/cm³, 晶体结构,六方晶系,点群，空间群，晶格常数a =4.758? , c =12.991?莫氏硬度9，热膨胀系数 5.8×10^-6 /K ，比热 0.418 W.s/g/k，热导率25.12 W/m/k (@ 100℃) 折射率 n_o =1.768 n_e =1.760 透光特性 T≈80% (0.3～5μm) 介电常数 11.5(∥c), 9.3(⊥c) 蓝宝石晶体的熔点为2040℃，沸点3500℃，最高工作温度可达1900℃。

蓝宝石晶体的化学成分为氧化铝(Al₂O₃)，是由三个氧原子和两个铝原子以共价键形式结合而成，其晶体结构为六方晶格结构，就颜色而言，单纯的氧化铝结晶是呈现透明无色的，因不同显色元素离子渗透于生长中的蓝宝石，因而使蓝宝石显出不同的颜色。掺质的蓝宝石晶体在人工珠宝领域占有重要的地位。

    蓝宝石晶体有着很好的热特性，极好的电气特性和介电特性，并且防化学腐蚀，它耐高温，导热好，硬度高，透红外，化学稳定性好，且体积小、重量轻、成本低，被广泛地应用于科学技术、国防与民用工业的许多领域。

    蓝宝石晶体是LED产品中重要的衬底材料，是半导体照明产业发展的基石，其独特的晶格结构、优异的力学性能、良好的热学性能使蓝宝石晶体成为实际应用的半导体GaN/Al₂O₃发光二极管(LED)，大规模集成电路SOI和SOS及超导纳米结构薄膜等最为理想的衬底材料。不同的衬底材料需要不同的外延生长技术、芯片加工技术和器件封装技术。目前市面上一般有三种材料可作为衬底，有蓝宝石（Al₂O₃）、硅（Si）、碳化硅（SiC），其中蓝宝石由于晶格失配度适中、成本相对比较低，是国际上采用最多的衬底材料。目前，困扰蓝宝石衬底产业的主要问题为：原料配比不合理导致产品质量不够稳定、成品率低、产量低。

发明内容

    本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种掺质蓝宝石晶体的原料配方。本发明原料配比合理科学，采用该配比制得的蓝宝石晶体质量好，成品率高，显色稳定，宝石晶莹通透，色调艳丽，适合大尺寸装饰类宝石晶体的生长。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

    一种掺质蓝宝石晶体的原料配方，所述原料中的主料为Al2O3，掺质为Fe3+、Fe2+、Ti4+离子，各原料配比为Al2O3:Fe3+: Fe2+: Ti4+=（90-100at%)：(0-10at%)：(0-10at%)：(0-10at%)。

    所述的原料配方中主料Al2O3的纯度为99.99%以上，选取α-Al2O3作为粉末原料。

    所述的原料配方中掺质Fe³⁺的纯度为99.999%以上，掺质Fe²⁺的纯度为99.999%以上，掺质Ti⁴⁺的纯度为99.999%以上，掺质为粉末状原料。

本发明的有益效果：

本发明原料配比合理科学，采用该配比制得的蓝宝石晶体质量好，成品率高，显色稳定，宝石晶莹通透，色调艳丽，适合大尺寸装饰类宝石晶体的生长，且工艺简单易操作，成本低，适合大规模生产，市场前景广阔。

具体实施方式

实施例1

    一种掺质蓝宝石晶体的原料配制方法，包括以下步骤：

    （1）选料

    ①晶体的原料中主料Al₂O₃的纯度为99.99%以上，选取α-Al₂O₃作为粉末原料；

    ②掺质Fe³⁺的纯度为99.999%以上，掺质Fe²⁺的纯度为99.999%以上，掺质Ti⁴⁺的纯度为99.999%以上，掺质为粉末状原料；

    （2）烘料

将块状及粉末状原料在电阻烘箱中烘至200℃，保温24h以上，冷却至室温即刻称量；

   （3）配料