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藍寶石長晶爐用鎢鉬製品

純鎢鉬產品是作為藍寶石生長爐的重要材料。藍寶石長晶爐用鎢鉬製品主要是以純度高於99.95%的鎢原料和鉬原料生產而成的產品,包含鎢坩堝、鎢板、鎢片、鎢絲、鎢電極屏、鎢筒和鎢隔熱屏和鉬坩堝、鉬隔熱屏、鉬發熱體、鉬熱場、鉬支撐架和鉬電極屏等。除了鎢鉬製品外,鎢錸絲也是藍寶石爐中必需的一種產品。

藍寶石爐用鎢產品是鋼灰色至錫白色的堅硬金屬,非常純的鎢可以拉鋸鋸開(純鎢很脆,不易加工)。鎢的加工手段有鍛造、拉伸和衝擊。在所有金屬中鎢的熔點最高,為3415℃,蒸汽壓最低,在抗張強度最高(1650℃時)。防腐性能非常好,大多數無機酸對其侵蝕很小。在空氣裡其表面形成一層保護性氧化物,但是在高溫下會完全氧化。鉬產品也是耐高溫、高熔點的難熔金屬。

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藍寶石生長爐旨在通過泡生法來培育藍寶石單晶體。這種方法是通過將鎢坩堝內的原材料(氧化鋁)加熱至其熔點2050度或以上,然後逐漸降低熔化溫度,並使其結晶成特殊顆粒。該生長爐是在一個有著特殊的隔熱外殼、蓋子和加熱器的密閉式結晶器中構造的。因此也就出現了藍寶石長晶爐用鎢鉬產品

長晶爐的一個重要載體便是鎢鉬坩堝。採用銥坩堝的一般銥坩堝本身就是發熱體,但是採用鎢、鉬坩堝的較少採用坩堝本身來做發熱體. Ikal-200型晶體生長爐,採用鎢坩堝、鉬坩堝、鉬隔熱屏、鎢加熱體,在高溫下將揮發出鉬和鎢原子。當然採用鎢、鉬坩堝本身做發熱體的也不是沒有,都是相對而言,工藝的選擇和溫場的設置都是非常關鍵的因素。不同的晶體生長方法,使用的坩堝也會不同,如泡生法(KY)一般使用鎢坩堝,熱交換法(HEM)一般使用鉬坩堝,因為熱交換法最後要砸鍋取單晶,而鉬坩堝價格最便宜。根據坩堝製造工藝,又可分為壓制燒結坩堝和旋壓坩堝,壓制燒結坩堝質量較低,純度、密度較低,使用壽命相對較短,價格相對便宜;旋壓坩堝質量較高,純度、密度較高,使用壽命較長,價格高。國內長晶爐一般是採用壓制燒結坩堝。

藍寶石晶體的化學成分為氧化鋁(α-Al2O3),是由三個氧原子和兩個鋁原子以共價鍵型式結合而成,其晶體結構為六方晶格結構,如圖2、3、4所示。就顏色而言,單純的氧化鋁結晶是呈現透明無色的,因不同顯色元素離子滲透於生長中的藍寶石,因而使藍寶石顯出不同的顏色。在自然界中當藍寶石在生長時,晶體內含有鈦離子(Ti3+)與鐵離子(Fe3+)時,會使晶體呈現藍色,而成為藍色藍寶石(Sapphire)。當晶體內含有鉻離子(Cr3+)時,會使晶體呈現紅色,而成為紅寶石(Ruby)。又當晶體內含有鎳離子(Ni3+)時,會使晶體呈現黃色,而成為黃色藍寶石。表1所列為藍寶石之特性表。用於生長藍寶石的長晶爐便是影響藍寶石質量的關鍵。

鎢鉬製品是適合藍寶石長晶的關鍵載體。採用鎢鉬作為材料,能夠很好的保護藍寶石的純度,因為鎢鉬是耐高溫的難熔金屬,不易與藍寶石發生反應。

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