藍(lán)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(lán)寶石晶片在常溫條件下具有較好的抗壓性，其抗壓強(qiáng)度約為抗拉強(qiáng)度的10倍，楊氏彈性模數(shù)為一般鋼材的2倍，藍(lán)寶石具有非常穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)，有較好的耐酸堿腐蝕性，此外還表現(xiàn)出非常優(yōu)異的熱傳導(dǎo)性、電氣絕緣性、透光性。

藍(lán)寶石的應(yīng)用領(lǐng)域示例：(a)LED照明，(b)透鏡，(c)手機(jī)攝像頭面板，(d)摻鈦激光器，(e)戰(zhàn)斗機(jī)窗口，(f)導(dǎo)彈整流罩

由于具備上述優(yōu)異的物理、化學(xué)及光學(xué)性能，藍(lán)寶石在固體激光、紅外窗口、半導(dǎo)體芯片的襯底片、醫(yī)療等尖端技術(shù)中得到廣泛應(yīng)用。本文將闡述藍(lán)寶石較為典型的10大應(yīng)用方向。

珠寶裝飾領(lǐng)域——“來自天國(guó)的寶石”

藍(lán)寶石分為天然藍(lán)寶石和人造藍(lán)寶石，均是難得的寶石材料。

自然界中的藍(lán)寶石由于含有一些雜質(zhì)金屬離子，如鈦離子、鐵離子、鉻離子或者鎳離子等，會(huì)呈現(xiàn)出藍(lán)色、黃色、紅色或者其他顏色，人造藍(lán)寶石同樣可以實(shí)現(xiàn)五彩繽紛的顏色。

圖片來源：Pexels

其中，通透、深藍(lán)色的藍(lán)寶石有著“天國(guó)之石”的美稱，其非凡的色彩還是衡量其他藍(lán)色的寶石——不論是托帕石還是坦桑石——顏色的標(biāo)準(zhǔn)。

在長(zhǎng)達(dá)幾個(gè)世紀(jì)的時(shí)間里，藍(lán)寶石用于裝飾皇室及神職人員的禮服。因此，一直以來藍(lán)寶石被認(rèn)為象征著高貴、真理、真誠(chéng)和忠誠(chéng)。現(xiàn)在藍(lán)寶石常被用于訂婚戒指，象征著對(duì)愛情的忠貞不渝。

電子產(chǎn)品——時(shí)尚防護(hù)之選

依靠高硬度和抗磨損能力，藍(lán)寶石在智能穿戴設(shè)備，例如智能手表、智能眼鏡等具有開闊的應(yīng)用市場(chǎng)。從iPhone5手機(jī)開始，蘋果公司便將藍(lán)寶石用在了手機(jī)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(shí)別效果。

此外，為了提高手機(jī)面板硬度和抗磨損能力，蘋果公司在2013年提出將藍(lán)寶石作為手機(jī)面板的計(jì)劃。

眾所周知，蘋果公司在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)都是行業(yè)的風(fēng)向標(biāo)，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(shí)現(xiàn)采用藍(lán)寶石作為手機(jī)面板，全球手機(jī)廠商會(huì)迅速跟上，那藍(lán)寶石的市場(chǎng)需求勢(shì)必大漲，因此該計(jì)劃曾一度引起藍(lán)寶石行業(yè)以及其上游高純氧化鋁行業(yè)的極大期待。

可惜的是，由于藍(lán)寶石生產(chǎn)工藝復(fù)雜、加工成本較高等原因，該計(jì)劃最后泡湯。這成了藍(lán)寶石行業(yè)以及高純氧化鋁行業(yè)的一大遺憾，多年后的今天仍有人為此惋惜。

但盡管如此，藍(lán)寶石在電子產(chǎn)品領(lǐng)域仍有極大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

半導(dǎo)體——托舉LED產(chǎn)業(yè)的基石

GaN是第三代半導(dǎo)體材料的主要代表，其禁帶寬度大、熱導(dǎo)率大、抗輻射能力強(qiáng)，具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，在發(fā)光二極管（LED）行業(yè)中發(fā)揮著巨大作用。LED具有功率高、使用壽命長(zhǎng)、功耗低、響應(yīng)速率快以及工作電壓低等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于景觀、裝飾和照明領(lǐng)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(chǎn)品。

藍(lán)寶石晶體，來源：晶盛機(jī)電

藍(lán)寶石因其適中的介電常數(shù)和較低的介電損耗以及硬度高、耐磨性好、良好的化學(xué)穩(wěn)定性、生產(chǎn)技術(shù)成熟和較低的成本等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為L(zhǎng)ED的主要襯底材料，該領(lǐng)域也是當(dāng)前藍(lán)寶石的最主要應(yīng)用方向。

民用光學(xué)元件——高端儀器窗口之選

由于光學(xué)、物理、機(jī)械力學(xué)及化學(xué)等綜合性能獨(dú)特，藍(lán)寶石晶體還被用來制作光學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器、科研試驗(yàn)儀器和探測(cè)器中的透鏡、棱鏡及反射鏡等的高強(qiáng)度光學(xué)元件，可以滿足不同使用環(huán)境條件下的應(yīng)用需求。除了具有優(yōu)異的寬波段高光學(xué)透過性能之外，光學(xué)用藍(lán)寶石晶體材料強(qiáng)度高、耐磨性強(qiáng)，具有良好的抗腐蝕性、耐環(huán)境適應(yīng)性和高溫性能穩(wěn)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(huán)境條件下的各種儀器設(shè)備光學(xué)觀察窗口和高端先進(jìn)探測(cè)器、傳感器窗口。

導(dǎo)彈整流罩——高速飛行的"透明鎧甲"

隨著現(xiàn)代國(guó)防科技的進(jìn)步，導(dǎo)彈武器向著高馬赫數(shù)的方向發(fā)展。從單一的紅外制導(dǎo)、雷達(dá)制導(dǎo)，發(fā)展到紫外﹣紅外雙模制導(dǎo)，紅外﹣毫米波復(fù)合制導(dǎo)，增大了攻擊距離，加強(qiáng)了光電對(duì)抗，增強(qiáng)了自主攻擊和抗外界干擾的能力。

導(dǎo)彈整流罩

為了保護(hù)高速飛行的導(dǎo)彈內(nèi)部光電系統(tǒng)、探測(cè)系統(tǒng)能夠持續(xù)、安全可靠工作，必須在導(dǎo)彈外部使用整流罩。藍(lán)寶石在3~5μm波段的優(yōu)異透光性和良好的強(qiáng)度、剛度、抗沖擊性、高溫穩(wěn)定性以及其不受風(fēng)沙、雨水、海水、潮氣甚至冰雹侵蝕破壞等特點(diǎn)，使其成為馬赫級(jí)導(dǎo)彈整流罩的理想材料。

透明裝甲——應(yīng)對(duì)未來戰(zhàn)爭(zhēng)的“光學(xué)盾牌”

透明裝甲是一種有效防護(hù)多種彈丸和碎片，保護(hù)士兵生命安全，且能提供士兵隨時(shí)且全方位動(dòng)態(tài)感知觀察外界環(huán)境的疊層復(fù)合材料，主要應(yīng)用于有防護(hù)需求的各種窗口和觀察瞄準(zhǔn)部位，如軍用飛機(jī)的擋風(fēng)、裝甲車輛的視窗等。隨著武器裝備的不斷發(fā)展，為了應(yīng)對(duì)新的威脅，對(duì)裝甲裝備防護(hù)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(guó)際上普遍公認(rèn)的三種最有潛力的透明裝甲材料為藍(lán)寶石單晶、鎂鋁尖晶石陶瓷和氧氮化鋁陶瓷。其中，藍(lán)寶石晶體是硬度僅次于鉆石的一種材料，具有高強(qiáng)度、耐高溫、耐腐蝕、防輻射等優(yōu)異的性能，同時(shí)在紫外、可見、3～5μｍ紅外寬波段范圍內(nèi)均具有高的透過率，是理想的透明裝甲材料，被廣泛應(yīng)用于武裝直升機(jī)視窗、裝甲裝備的防彈視窗等部件。

機(jī)載光電窗口——360°全角度觀測(cè)利器

作為綜合性能突出的多波段、寬波段光學(xué)透射材料，藍(lán)寶石也用作機(jī)載光電系統(tǒng)的紅外光學(xué)窗口。美軍列裝于F-16戰(zhàn)斗機(jī)的機(jī)載前視紅外（ATFLIR）吊艙，使用了由Exotic公司加工制造生產(chǎn)的藍(lán)寶石作為紅外光學(xué)窗口。美F-35聯(lián)合攻擊戰(zhàn)斗機(jī)中裝備先進(jìn)光電跟蹤系統(tǒng)，該光學(xué)窗口由7塊藍(lán)寶石光窗組裝而成，可實(shí)現(xiàn)360°全角度、全方位觀測(cè)。

F-35戰(zhàn)斗機(jī)的光電跟蹤系統(tǒng)及其藍(lán)寶石窗口

光電桅桿窗口——深海潛航的"眼睛"

英國(guó)機(jī)敏級(jí)攻擊核潛艇，裝備有泰利斯光電子研制和生產(chǎn)的CM010光電桅桿，其觀察窗口首次在光電桅桿中采用藍(lán)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(dòng)了光電桅桿及其熱像儀的發(fā)展。美國(guó)弗吉尼亞級(jí)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(jī)、激光測(cè)距儀等光電設(shè)備，其光電窗口采用的也是藍(lán)寶石晶體材料。

潛艇光電桅桿（上）及藍(lán)寶石光學(xué)窗口（下）

傳感器——極端環(huán)境下的"溫度之眼"

藍(lán)寶石光纖具有高熔點(diǎn)、低傳輸損耗和高強(qiáng)度，在0.3～4.0μm波段具有高光學(xué)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(fā)和應(yīng)用方面具有良好的潛在應(yīng)用前景。與石英光纖相比，藍(lán)寶石光纖具有更強(qiáng)的耐水性，更適合于惡劣環(huán)境下使用。它可以實(shí)現(xiàn)室溫～1800℃的寬溫度范圍的全程測(cè)溫，測(cè)試精度和信噪比高，測(cè)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?zé)釟饬鞯忍厥猸h(huán)境。

醫(yī)療領(lǐng)域——從手術(shù)刀到骨骼替代的生命之石

藍(lán)寶石在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域上的應(yīng)用也在逐漸增加，藍(lán)寶石獨(dú)特的化學(xué)惰性、生物兼容性和高硬度、耐磨性好等優(yōu)點(diǎn)使其在醫(yī)學(xué)植入、外科手術(shù)和醫(yī)療器械制造方面表現(xiàn)十分出色。

如：

在腦腫瘤切除中，藍(lán)寶石神經(jīng)外科探頭得益于其高機(jī)械強(qiáng)度、不良導(dǎo)電性、耐腐蝕性等特性，被廣泛應(yīng)用于腦腫瘤神經(jīng)外科中。

由于藍(lán)寶石手術(shù)刀質(zhì)地堅(jiān)硬，可直接接觸組織，且與普通手術(shù)刀有同樣的手感。這些優(yōu)點(diǎn)使之操作簡(jiǎn)便，切割部位和手術(shù)深淺極易精確掌握，止血效果亦佳。這是傳統(tǒng)YAG光纖手術(shù)器和CO2手術(shù)器只能非接觸治療所不可比的。

通過薄膜生長(zhǎng)技術(shù)制成的藍(lán)寶石毛細(xì)管針，在激光熱療和光動(dòng)力學(xué)治療中具有強(qiáng)大的潛力。它們可以作為光學(xué)透明的軸承元件將光纖引入毛細(xì)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(fā)現(xiàn)：鈦藍(lán)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(shù)的后續(xù)進(jìn)展擴(kuò)大了其臨床適應(yīng)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(fù)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(lán)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(xiàn)感染、出血和血栓以及與異物反應(yīng)相關(guān)的不良反應(yīng)的概率大幅降低。

藍(lán)寶石無毒性，對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)、肝臟和腎臟無影響，也不會(huì)對(duì)其他部位產(chǎn)生影響，對(duì)人的機(jī)體不會(huì)產(chǎn)生誘變和其他形式的負(fù)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(lán)寶石的應(yīng)用及單晶強(qiáng)韌化研究進(jìn)展

[2]杜鵑等.藍(lán)寶石晶體材料的光電應(yīng)用

[3]王曉亮等.應(yīng)對(duì)未來戰(zhàn)爭(zhēng)的“光學(xué)盾牌”———藍(lán)寶石基透明裝甲

[4]申勇等.藍(lán)寶石的特性在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用的進(jìn)展研究

[5]謝文祥.藍(lán)寶石的化學(xué)機(jī)械拋光液研究

[6]王方.藍(lán)寶石化學(xué)機(jī)械拋光液用硅溶膠制備工藝研究

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