高純?nèi)趸X產(chǎn)業(yè)鏈情況簡介

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、 下游藍寶石生產(chǎn)的工藝七、 主要藍寶石生產(chǎn)企業(yè)八、 結(jié)論高純?nèi)趸X產(chǎn)業(yè)鏈情況簡介一、三氧化二鋁基本信息分子式：AL2O3分子量：102熔點：2050比重：AL2O32。5-3。2g/cm3特點：高純度、超細(xì)、粒度分布均勻，白色無味粉末，純度為99。99%以上的稱為高純一般可以按以下四種分類方式區(qū)分：（一）按晶型分類氧化鋁是白色晶狀粉末，已經(jīng)證實氧化鋁有、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，幾乎沒有催化活性；-Al2O3、-Al2O3的比表面較大，孔隙率高、耐熱性強，成型性好，具有較強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、藍寶石、白寶石、釔鋁石榴石。（4）高強度氧化鋁陶瓷、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、塑料耐磨增強材料、高級耐水材料。（7）氣相沉積材料、熒光材料、特種玻璃、復(fù)合材料和樹脂材料。（8）催化劑、催化載體、分析試劑。（9）宇航飛機機翼前緣。一般4N5以上高純氧化鋁系列主要用于LED人造藍寶石晶體，高級陶瓷，PDP熒光粉及一些高性能材料

4、。作為藍寶石晶體原料，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使用4N-4N8LED用作LED襯底藍寶石長晶，典型企業(yè)奧瑞德、藍晶4N8-5N透明陶瓷藍寶石晶體材料產(chǎn)業(yè)鏈高純氧化鋁原料單晶爐設(shè)備和熱場耗材掏、切、磨、拋設(shè)備和輔料、檢測分析設(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，純度最多可以達到4N，基本已經(jīng)極限了，實際是3個9；從純度上說，它的缺陷挺大，一般只能用在焰熔法寶石上，要直接拿來做大尺寸藍寶石晶體原料就很難。無法滿足高端要求。2， 直接水解法即為膽堿法，膽堿法是目前國內(nèi)規(guī)模最大的4N級氧化鋁生產(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)寶石和低端藍寶石。這種工藝的主要缺陷在于無法再次提純，原料是什么級別，做出來的氧化鋁，就是什么級別，不可能超越原料水平。而且在水解過程中，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，這個過程中容易帶進Fe，Ti、Ni、Zr等雜質(zhì)。而這兩種雜質(zhì)含量多少對藍寶石的品質(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)品純度高達到5個9，主要用于LED藍寶石長晶行業(yè)。這種工藝比較復(fù)雜，國內(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)點是：1）高純鋁和醇類反應(yīng)充分，不需要加工成粉末，避免加工過程中帶入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)不會氣化，留在釜底。冷凝下來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氮氣氛圍下煅燒減少了污染。4）塊體采用1000噸預(yù)壓，再等靜壓，密度可以達到3。7。幾種方法的比較比較包括優(yōu)點缺點多重結(jié)晶法硫酸鋁銨熱解法工藝較為簡單成本相對較低金屬鐵、鎳、鈦、鋯等離子以及鹵素元素難以去除，純度最多可以達到4N，生產(chǎn)周期長，有污染碳酸鋁銨熱解法無污染工藝較為簡單金屬鐵、鎳、鈦、鋯等離子以及鹵素元素難以去除，純度最多可以達到4N，生產(chǎn)周期長，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，無污染成本相對

8、較低無法做出4N以上高純產(chǎn)品五、主要企業(yè)情況高純氧化鋁廠家1、國內(nèi)企業(yè)主要有以下幾家序號公司名曾用名產(chǎn)能1上海銥銘材料科技有限公司河北鵬達新材料科技有限公司，直接水解法，國內(nèi)熒光粉市場領(lǐng)域占有量達到75%以上2000噸5N，5000噸4N？2大連海藍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揚州高能新材料有限公司醇鹽水解法150噸4N5-5N，準(zhǔn)備擴至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100噸5N12山東晶鑫晶體科技有限公司由山東三豐集團股份有限公司出資建設(shè)(股權(quán)代碼:100021，股權(quán)簡稱:三豐股份)，三萬噸晶體1000噸4N813愛麗化工有限公司5N14鴻福晶體科技（安徽）有限公司自己拉晶，180臺拉晶機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5000萬，2012下半年3000萬銷售24北京冠金利新材料科技有限公司4N25無錫拓博達鈦白制品有限公司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7000萬，參加過2012年4月25日的領(lǐng)軍秀300噸5N28邯鄲曲周縣1000噸的一個公司2012年開工建設(shè)29山東科恒晶體材

11、料科技有限公司號稱1200噸30貴陽一晶相光電科技有限公司號稱300噸31南通泰爾特服裝有限公司不詳32北京賽萬德科技有限公司總結(jié)有將近15000多噸藍寶石級的產(chǎn)能2、國外企業(yè)主要如下序號公司名制備方法產(chǎn)能1住友化學(xué)株式會社（JP）醇鋁法愛媛縣工廠2012。12從1600噸增加到3200噸，韓國工廠2013年3月投產(chǎn)，預(yù)計1600噸產(chǎn)能，總4800噸2OrbiteAluminaeInc。TSX:ORT，獨特工藝5N6N2011年2月試驗成功，2013年Q1，1噸每天，年中3噸每天，年底5噸每天，也就是計劃年產(chǎn)能2000噸3RusgemsHighTechnologies(RUS)也做長晶設(shè)備4N

12、74大明化學(xué)工業(yè)株式會社碳酸鋁銨熱解法5BAIKOWSKIGROUP(USA)自己火焰法做晶體，硫酸鋁銨熱解法制作氧化鋁30年前開始生產(chǎn)，4N，6Dongwoo（KOR）1600噸，住友子公司7日本輕金屬株式會社2011。9從300噸增加到1000噸1000噸總結(jié)估計2萬噸以內(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)每萬片2寸藍寶石襯底需要用500kg 高純氧化鋁材料，截至2012年一季度末，國內(nèi)已投產(chǎn)、在建的和剛規(guī)劃的藍寶石項目達到60個。其中，已投產(chǎn)的藍寶石項目比例超過35%。若在建的和已規(guī)劃的藍寶石項目全部建成投產(chǎn)，國內(nèi)2英寸藍寶石襯底年產(chǎn)能將超過3億片，

13、相當(dāng)于2010年全球藍寶石襯底需求量的10倍。按照3億片的數(shù)量計算，需要30000*500kg=15000噸高純氧化鋁，如果再算上良率和切削損耗，需求會多一些。如果國內(nèi)的氧化鋁生產(chǎn)廠家公布的數(shù)據(jù)都是真實的話，也就在15000噸左右的產(chǎn)能。六、藍寶石長晶工藝和下游生產(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)是熔體中生長單晶的方法，其原料的粉末在通過高溫的氫氧火焰后熔化，熔滴在下落過程中冷卻并在種晶上凝固并逐漸生長形成單晶

14、。該方法主要特點: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，粉體通過振動撒入。粉末和氧氣一起進入一個狹窄的管道，這個狹窄管道安裝在一個較大的管道內(nèi)，大的管道內(nèi)可以提供氧氣，狹窄管道的開口處可以產(chǎn)生高于2000的火焰。當(dāng)粉末通過火焰時，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)人造紅寶石和藍寶石的有效技術(shù)，被廣泛應(yīng)用于制作小尺寸人造藍寶石部件珠寶。熔焰法生長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、晶體生長率和尺寸控制原理被應(yīng)用于各種晶體生長的方法里，比如泡生法、提拉法等

15、，可以說是晶體生長技術(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大，然后慢慢向上提拉和轉(zhuǎn)動晶桿。同時緩慢地降低加熱功率，籽晶就逐漸長粗，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)成功長出了半導(dǎo)體、氧化物和其他絕緣類的大晶體。合理的溫度場、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: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。通過選擇合適的籽晶，就有可能生長出各種方向的晶體(A、M、C、R)。用這種方法可以獲得直徑6英寸的藍寶石晶體。提拉法與泡生法晶體的生長過程大體一致，不同之處是泡生法在等徑生長時不再使用提拉技術(shù)，而結(jié)晶動力是外部溫度場不斷降低溫度形成的；泡生法可生長出直徑100mm以上的晶體，而提拉法晶體較小；泡生法擁有適合藍寶石晶體生長的最佳溫度梯度，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藍寶石最普遍的方法，使用直

17、徑150mm的坩鍋一般可得到110mm的藍寶石晶體。世界五百強法國SaintGobain、英國JohnsonMattey以及加拿大Honeywell等公司現(xiàn)在仍用提拉法生長棒狀藍寶石晶體，主要以生長2英寸晶體為主，滿足半導(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。其生長設(shè)備是在提拉設(shè)備基礎(chǔ)上改造而來的。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，將此方法應(yīng)用于藍寶石單晶的制備。該方法生長的單晶，外型通常為梨形，晶體可以生長到

18、比坩鍋內(nèi)徑小1030mm的尺寸。泡生法適合于生長同成分熔化的化合物或用于生長含某種組分的晶體。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，則籽晶開始生長。為了使晶體不斷長大，就需要逐漸降低熔體的溫度，同時下放并旋轉(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，以擴大散熱面。該方法的主要特點:在整個晶體生長過程中，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，從而將位錯密度降低到最低。晶體生長時，固液界面處于熔體包圍之中。這樣熔體表面的溫度擾動和機械擾動在到達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。晶體生長過程中存在晶體的移動和轉(zhuǎn)動，容易受到機械振動影響，通常表現(xiàn)出較小的殘余應(yīng)力和缺陷密度。特有的生長速度是015kg/h。整個過程可以自動化控制。泡生法常用來生產(chǎn)大尺寸的梨形人造藍寶石，直徑可達70200mm，高度可達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公司利用該方法對直徑為50，100mm和150mm的光學(xué)級藍寶石晶棒已實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。1993年，俄羅斯的SIVavilov國家光學(xué)研究所報道采用泡生法合成300mm的藍寶石晶體，近年來新西伯利亞無機化學(xué)研究所采用泡生法已研究制備出400mm、少缺陷的藍寶石晶體，但還未實現(xiàn)大量生產(chǎn)。泡生法示

20、意圖（4） 熱交換法HEM熱交換法(Heatexchangermethod)制備大尺寸藍寶石晶體是FredSchmid和Dennis在1967年發(fā)明的。世界最大的藍寶石晶體就是采用熱交換法制備的，直徑達到381mm。熱交換法系統(tǒng)保溫效果好，能獨立控制熔體和晶體的溫度梯度，可控性好，較易生長出位錯低、尺寸大的藍寶石晶體。熱交換法具有別種方法所不具有的特點:熱量的輸入和輸出獨立控制；梨型晶體長大后可原位退火。該方法主要特點:和泡生法類似，熱交換法可以在結(jié)晶過程中控制固液溫度梯度，生長出梨形人造寶石。采用氦氣冷卻的方法進行熱交換。熱量供給主要通過熔爐溫度，氦氣通過熱交換器冷卻。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。可以產(chǎn)生穩(wěn)定的溫度梯度。可以通過減少氦氣流量，使晶體在恒溫退火狀態(tài)下快速生長。在生長的大部分過程中，固-液界面都是在液體的保護下，減少了機械和熱擾動，而其它工藝比如提拉法是在晶體生長過程中通過晶體的轉(zhuǎn)動、坩堝反身旋轉(zhuǎn)來減少機械和熱擾動的。熱交換法的主要缺點是采用氦氣作冷卻氣體，代價昂貴，不能生長C軸方向的晶體；對設(shè)備要求高，工藝復(fù)雜，運行成本高。熱交換法示意圖（5） 倒模法EFG導(dǎo)模法(Edge-definedfilm-fedgrowthmethod)又稱邊緣薄膜供料法，主要用于生長特定形狀的晶體，實際上是提拉法的一種變形?？梢垣@得無生長條紋的光學(xué)均勻性較

22、好的晶體。該方法主要特點:能直接從熔體中生長出片、絲、管、棒、板等晶體，而且晶體生長速度快，尺寸可精確控制，大大簡化了晶體加工程序，節(jié)省了材料、時間和能源。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的晶體截面形狀相同。導(dǎo)模法存在的主要問題是技術(shù)難度大，不易推廣。對模具的制備十分嚴(yán)格，生長過程中常由于固液界面處出現(xiàn)溫度過冷，形成氣孔、晶粒間界等，很難得到大尺寸、光學(xué)級質(zhì)量的藍寶石。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曾對這種方法的發(fā)展作出了重要的推動，因此這種方法也可以叫做布里奇曼斯托

23、克巴杰方法,簡稱B-S方法。該方法的特點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。生長時，將原料放入具有特殊形狀的坩堝里，加熱使之熔化。通過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)過溫度梯度最大的區(qū)域時，熔體便會在坩堝內(nèi)自下由上地結(jié)晶為整塊晶體。下降法一般采用自發(fā)成核生長晶體，其獲得單晶體的依據(jù)就是晶體生長中的幾何淘汰規(guī)律，原理如下圖所示。在一根管狀容器底部有三個方位不同的晶核A、B、C，其生長速度因方位不同而不同。假設(shè)晶核B的最大生長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，在生長過程中，A核和C核的成長空間

24、因受到B核的排擠而不斷縮小，在成長一段時間以后終于完全被B核所湮沒，最終只剩下取向良好的B核占據(jù)整個熔體而發(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) 操作簡單，可以生長大尺寸的晶體?？缮L的晶體品種也很多，且易實現(xiàn)程序化生長3) 由于每一個坩堝中的熔體都可以單獨成核，這樣可以在一個結(jié)晶爐中同時放入若干個坩堝，或者在一個大坩堝里放入一個多孔的柱形坩堝，每個孔都可以生長一塊晶體，而它們則共用一個圓錐底部進行幾何淘汰，這樣可以大大提高成品率和工作效率缺點1) 不適宜生長在冷卻時體積增大的晶體2) 由于晶體在整個生長

25、過程中直接與坩堝接觸，往往會在晶體中引入較大的內(nèi)應(yīng)力和較多的雜質(zhì)3) 在晶體生長過程中難于直接觀察，生長周期也比較長4) 若在下降法中采用籽晶法生長，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行完全生長，是一個比較難控制的技術(shù)問題總之，BS法的最大優(yōu)點是能夠制造大直徑的晶體(直徑達200mm)，其主要缺點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，上海光機所創(chuàng)立了導(dǎo)向溫梯法(TGT)，1988年獲得專利權(quán)。“導(dǎo)向溫梯法”與熱交換法類似，是定向籽晶的熔體單結(jié)晶方法。TGT法晶體生長與泡生法的本質(zhì)區(qū)別是:泡生法Al2O3熔體溫

26、度梯度與重力場方向相同，TGT法鉬坩堝中高溫熔體的溫度梯度與重力場方向相反，有效地避免了因重力場而產(chǎn)生的熱對流，而且在整個結(jié)晶過程中，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械轉(zhuǎn)動而產(chǎn)生的強迫對流，整個晶體生長過程中，固液界面很好保持平界面狀態(tài)，因此TGT法巧妙地處理了對流現(xiàn)象對晶體生長的影響。這一特點與CrystalSystem公司的熱交換法有相似之處。該方法主要特點:晶體生長時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，避免了熱對流和機械運動發(fā)生的熔體渦流。晶體生長后，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。晶體生長時，固

27、-液界面處于熔體包圍之中。熔體表面的溫度擾動和機械擾動在到達固-液界面以前可被熔體減小以致消除，這對生長高質(zhì)量的晶體起到了重要作用。此方法生長的藍寶石晶體質(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水平傳動法(HDSMmethod)由Bagdasarov在1975年發(fā)明，它使用了較簡單的工藝流程，在較低的溫度梯度下生長出大尺寸的藍寶石晶體。鉬制船形反應(yīng)器與矩形加熱器相向運動，這種制備方法成本較低，生長出的晶體各向異性，有非常好的光學(xué)性能。該方法主要特點:晶體在水平船形反應(yīng)器的熔體中生長。生長速度

28、是810mm/h，坯料尺寸320mm×115mm×30mm。水平傳動法生產(chǎn)的藍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LED晶片的材料。水平傳動法示意圖（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，是在對泡生法和提拉法改進的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，用于生長大尺寸藍寶石晶體，主要是在烏克蘭頓涅茨公司生產(chǎn)的Ikal220型晶體生長爐的基礎(chǔ)上改進和開發(fā)的。晶體生長系統(tǒng)主要包括控制系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、加熱體、冷卻系統(tǒng)和熱防護系統(tǒng)等

29、。晶體可以生長到比坩鍋內(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)和熱防護系統(tǒng)協(xié)同作用，為晶體生長提供一個均勻、穩(wěn)定、可控的溫場。根據(jù)晶體生長所處的引晶、放肩、等徑和退火及冷卻階段的特點，通過調(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。SAPMAC法純凈藍寶石晶體的生長主要是依靠體系中溫度梯度所造成的局部過冷來驅(qū)動，該方法主要特點:通過冷心放肩，保證了大尺寸晶體生長，整個結(jié)晶過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，減少了溫場擾動，使溫場更均勻，從而保證了晶體生長的成品率。晶體可以一直長到距坩堝壁13cm的位置而不與坩堝壁接觸，在整個生長過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，防止晶體開裂，降低位錯密度，晶體質(zhì)量好。選用水作為熱交換器內(nèi)的工作流體，晶體可以實現(xiàn)原位退火，較其它方法能夠縮短試驗周期、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、主要的國內(nèi)外廠家（1） 國外、臺灣地區(qū)（2） 大陸公司名稱藍寶石長晶方法特點云南藍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法濟寧聯(lián)電重慶四聯(lián)CZ法 KY法收了honeywell加拿大公司無錫元亮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