中國粉體網訊 藍寶石是一種氧化鋁單晶材料，莫氏硬度為9，處于非常高的硬度水平。藍寶石晶片在常溫條件下具有較好的抗壓性，其抗壓強度約為抗拉強度的10倍，楊氏彈性模數為一般鋼材的2倍，藍寶石具有非常穩定的化學性質，有較好的耐酸堿腐蝕性，此外還表現出非常優異的熱傳導性、電氣絕緣性、透光性。
藍寶石的應用領域示例：(a)LED照明，(b)透鏡，(c)手機攝像頭面板，(d)摻鈦激光器，(e)戰斗機窗口，(f)導彈整流罩
由于具備上述優異的物理、化學及光學性能，藍寶石在固體激光、紅外窗口、半導體芯片的襯底片、醫療等尖端技術中得到廣泛應用。本文將闡述藍寶石較為典型的10大應用方向。
01.珠寶裝飾領域——“來自天國的寶石”
藍寶石分為天然藍寶石和人造藍寶石，均是難得的寶石材料。
自然界中的藍寶石由于含有一些雜質金屬離子，如鈦離子、鐵離子、鉻離子或者鎳離子等，會呈現出藍色、黃色、紅色或者其他顏色，人造藍寶石同樣可以實現五彩繽紛的顏色。
圖片來源：Pexels
其中，通透、深藍色的藍寶石有著“天國之石”的美稱，其非凡的色彩還是衡量其他藍色的寶石——不論是托帕石還是坦桑石——顏色的標準。
在長達幾個世紀的時間里，藍寶石用于裝飾皇室及神職人員的禮服。因此，一直以來藍寶石被認為象征著高貴、真理、真誠和忠誠。現在藍寶石常被用于訂婚戒指，象征著對愛情的忠貞不渝。
02.電子產品——時尚防護之選
依靠高硬度和抗磨損能力，藍寶石在智能穿戴設備，例如智能手表、智能眼鏡等具有開闊的應用市場。從iPhone5手機開始，蘋果公司便將藍寶石用在了手機攝像頭覆蓋玻璃和主功能鍵上，避免表面刮傷影響拍攝及指紋識別效果。
此外，為了提高手機面板硬度和抗磨損能力，蘋果公司在2013年提出將藍寶石作為手機面板的計劃。
眾所周知，蘋果公司在很長一段時間內都是行業的風向標，蘋果摸著石頭過河，其它廠商摸著蘋果過河，一旦蘋果真的實現采用藍寶石作為手機面板，全球手機廠商會迅速跟上，那藍寶石的市場需求勢必大漲，因此該計劃曾一度引起藍寶石行業以及其上游高純氧化鋁行業的極大期待。
可惜的是，由于藍寶石生產工藝復雜、加工成本較高等原因，該計劃最后泡湯。這成了藍寶石行業以及高純氧化鋁行業的一大遺憾，多年后的今天仍有人為此惋惜。
但盡管如此，藍寶石在電子產品領域仍有極大的發展潛力。
03.半導體——托舉LED產業的基石
GaN是第三代半導體材料的主要代表，其禁帶寬度大、熱導率大、抗輻射能力強，具有良好的化學穩定性，在發光二極管（LED）行業中發揮著巨大作用。LED具有功率高、使用壽命長、功耗低、響應速率快以及工作電壓低等優點，被廣泛應用于景觀、裝飾和照明領域，尤其是液晶顯示方面，筆記本電腦顯示屏和液晶電視上均廣泛采用了LED產品。
藍寶石晶體，來源：晶盛機電
藍寶石因其適中的介電常數和較低的介電損耗以及硬度高、耐磨性好、良好的化學穩定性、生產技術成熟和較低的成本等優點，已經成為LED的主要襯底材料，該領域也是當前藍寶石的最主要應用方向。
04.民用光學元件——高端儀器窗口之選
由于光學、物理、機械力學及化學等綜合性能獨特，藍寶石晶體還被用來制作光學實驗儀器、科研試驗儀器和探測器中的透鏡、棱鏡及反射鏡等的高強度光學元件，可以滿足不同使用環境條件下的應用需求。除了具有優異的寬波段高光學透過性能之外，光學用藍寶石晶體材料強度高、耐磨性強，具有良好的抗腐蝕性、耐環境適應性和高溫性能穩定性，因此，還可用于加工制造使用于高溫、高壓等惡劣工作環境條件下的各種儀器設備光學觀察窗口和高端先進探測器、傳感器窗口。
05.導彈整流罩——高速飛行的"透明鎧甲"
隨著現代國防科技的進步，導彈武器向著高馬赫數的方向發展。從單一的紅外制導、雷達制導，發展到紫外﹣紅外雙模制導，紅外﹣毫米波復合制導，增大了攻擊距離，加強了光電對抗，增強了自主攻擊和抗外界干擾的能力。
導彈整流罩
為了保護高速飛行的導彈內部光電系統、探測系統能夠持續、安全可靠工作，必須在導彈外部使用整流罩。藍寶石在3~5μm波段的優異透光性和良好的強度、剛度、抗沖擊性、高溫穩定性以及其不受風沙、雨水、海水、潮氣甚至冰雹侵蝕破壞等特點，使其成為馬赫級導彈整流罩的理想材料。
06.透明裝甲——應對未來戰爭的“光學盾牌”
透明裝甲是一種有效防護多種彈丸和碎片，保護士兵生命安全，且能提供士兵隨時且全方位動態感知觀察外界環境的疊層復合材料，主要應用于有防護需求的各種窗口和觀察瞄準部位，如軍用飛機的擋風、裝甲車輛的視窗等。隨著武器裝備的不斷發展，為了應對新的威脅，對裝甲裝備防護性能提出了更高的要求，透明裝甲的厚度和面密度也在不斷增加。
目前國際上普遍公認的三種最有潛力的透明裝甲材料為藍寶石單晶、鎂鋁尖晶石陶瓷和氧氮化鋁陶瓷。其中，藍寶石晶體是硬度僅次于鉆石的一種材料，具有高強度、耐高溫、耐腐蝕、防輻射等優異的性能，同時在紫外、可見、3～5μｍ紅外寬波段范圍內均具有高的透過率，是理想的透明裝甲材料，被廣泛應用于武裝直升機視窗、裝甲裝備的防彈視窗等部件。
07.機載光電窗口——360°全角度觀測利器
作為綜合性能突出的多波段、寬波段光學透射材料，藍寶石也用作機載光電系統的紅外光學窗口。美軍列裝于F-16戰斗機的機載前視紅外（ATFLIR）吊艙，使用了由Exotic公司加工制造生產的藍寶石作為紅外光學窗口。美F-35聯合攻擊戰斗機中裝備先進光電跟蹤系統，該光學窗口由7塊藍寶石光窗組裝而成，可實現360°全角度、全方位觀測。
F-35戰斗機的光電跟蹤系統及其藍寶石窗口
08.光電桅桿窗口——深海潛航的"眼睛"
英國機敏級攻擊核潛艇，裝備有泰利斯光電子研制和生產的CM010光電桅桿，其觀察窗口首次在光電桅桿中采用藍寶石晶體材料，是光電桅桿材料選擇上的一次重大變化，推動了光電桅桿及其熱像儀的發展。美國弗吉尼亞級攻擊核潛艇，采用了光電桅桿，這些新型光電桅桿傳感器中集成有熱像儀、電視攝像機、激光測距儀等光電設備，其光電窗口采用的也是藍寶石晶體材料。
潛艇光電桅桿（上）及藍寶石光學窗口（下）
09.傳感器——極端環境下的"溫度之眼"
藍寶石光纖具有高熔點、低傳輸損耗和高強度，在0.3～4.0μm波段具有高光學透過率，是一種性能突出的高溫傳感器材料，在新一代高溫傳感器開發和應用方面具有良好的潛在應用前景。與石英光纖相比，藍寶石光纖具有更強的耐水性，更適合于惡劣環境下使用。它可以實現室溫～1800℃的寬溫度范圍的全程測溫，測試精度和信噪比高，測試范圍寬，適用于高頻電阻加熱、等離子體輔助氣相沉積、高溫熱氣流等特殊環境。
10.醫療領域——從手術刀到骨骼替代的生命之石
藍寶石在醫學領域上的應用也在逐漸增加，藍寶石獨特的化學惰性、生物兼容性和高硬度、耐磨性好等優點使其在醫學植入、外科手術和醫療器械制造方面表現十分出色。
如：
在腦腫瘤切除中，藍寶石神經外科探頭得益于其高機械強度、不良導電性、耐腐蝕性等特性，被廣泛應用于腦腫瘤神經外科中。
由于藍寶石手術刀質地堅硬，可直接接觸組織，且與普通手術刀有同樣的手感。這些優點使之操作簡便，切割部位和手術深淺極易精確掌握，止血效果亦佳。這是傳統YAG光纖手術器和CO2手術器只能非接觸治療所不可比的。
通過薄膜生長技術制成的藍寶石毛細管針，在激光熱療和光動力學治療中具有強大的潛力。它們可以作為光學透明的軸承元件將光纖引入毛細管通道，以便將激光輻射輸送到生物組織用于治療，在某些情況下也可用于診斷。
研究發現：鈦藍寶石激光器是一種安全有效的良性色素病變的治療方法。該技術的后續進展擴大了其臨床適應證，包括治療良性色素病變、光損傷、黃褐斑、面部色素沉著障礙和瘢痕修復等。
心室輔助裝置（VADs）是治療終末期心力衰竭患者的主要手段，單晶藍寶石作為VADs中常見的生物材料之一，其良好的生物相容性，使得出現感染、出血和血栓以及與異物反應相關的不良反應的概率大幅降低。
藍寶石無毒性，對神經系統、肝臟和腎臟無影響，也不會對其他部位產生影響，對人的機體不會產生誘變和其他形式的負面作用，因此成為骨骼替代的首選材料。
參考來源：
[1]唐文奇等.藍寶石的應用及單晶強韌化研究進展
[2]杜鵑等.藍寶石晶體材料的光電應用
[3]王曉亮等.應對未來戰爭的“光學盾牌”———藍寶石基透明裝甲
[4]申勇等.藍寶石的特性在醫學領域應用的進展研究
[5]謝文祥.藍寶石的化學機械拋光液研究
[6]王方.藍寶石化學機械拋光液用硅溶膠制備工藝研究
（中國粉體網/山川）
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