[发明专利]一种氧化铝晶体材料、制备方法及用途

说明书

技术领域

本发明涉及晶体材料技术领域，尤其涉及一种作为制备蓝宝石晶体的氧化铝材料、制备方法及用途的技术领域。

背景技术

伴随着世界金融经济危机的到来，科学技术得以突飞猛进的发展并呈现出日新月异的变化态势。无论是探月工程、国防建设，还是一大批高精尖产品都在不断地推陈出新，这也给新材料、新工艺的研究和应用提供了一个广阔的发展空间。蓝宝石晶体就是其中的一例。蓝宝石晶体是一种耐高温和抗腐蚀的氧化铝(分子式为AL₂O₃)单晶材料，是现代工业和光电子产业极为重要的基础材料，其具有优异的光学性能、机械性能和化学稳定性，强度高、硬度大、耐冲刷，可在接近2000℃高温的恶劣条件下工作，因而被广泛的应用于红外军事装置、导弹、潜艇、卫星空间技术、高强度激光的窗口材料。蓝宝石晶体是综合性能最好、使用最广泛的氧化物衬底材料，主要用作氮化物半导体衬底、大规模集成电路衬底等，同时还可作为特种光学元器件的材料，高压材料等。其中：蓝宝石晶体在发光二极管上的应用就是典型的例子。LED是发光二极管的简称(Light-Emitting-Diode)，是由化合物半导体材料制成的发光器件，与白炽灯和荧光灯相比，LED是一种节能环保、寿命长和多用途的绿色光源。通过发光方式的转变，LED将电能直接转化为光能，能量转化效率大大高于白炽灯和荧光灯。理论上LED的能耗仅为白炽灯的10％，荧光灯的50％。中国绿色照明工程促进项目办公室的专项调查显示，我国照明用电每年在3000亿度以上，如由LED取代，可节省1/3的照明用电，相当于总投资规模超过2000亿元的三峡工程的全年发电量。LED作为一种照明光源的普及将能够显著降低电力消耗，减少二氧化碳排放。LED的使用寿命可达10万小时，是荧光灯的10倍，白炽灯的100倍。LED光源的微型化、快速响应、色彩丰富以及可数字化控制等特点使其拥有巨大的应用市场。

而蓝宝石晶体目前的现状是难以满足科学技术的飞速发展和产业化的迫切需求，不仅存在着蓝宝石晶体过于依赖进口的被动局面，而且蓝宝石晶体存在着纯度和密度性能指标低，不能同时满足特殊使用要求的技术缺陷，严重的制约了蓝宝石晶体的应用。为克服蓝宝石晶体目前的技术现状，本技术领域的技术人员在蓝宝石晶体的生长工艺和设备方面进行了大量的改进性研究，在蓝宝石晶体的国产化方面已经取得了可喜的成绩，但是制约蓝宝石晶体纯度和密度的技术问题始终未能真正的解决。究其原因是：制备蓝宝石晶体所用的材料是解决这一技术问题的关键，因此寻求一种用于制备蓝宝石晶体的新的氧化铝晶体材料，满足蓝宝石晶体高纯度、高密度的技术性能要求，同时为促进本技术领域向国产化、产业化的方向发展这是本技术领域技术人员亟待解决的课题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，而提供一种用于制备蓝宝石晶体氧化铝晶体材料、使其满足蓝宝石晶体高纯度、高密度的技术性能要求，同时达到为促进本技术领域向国产化、产业化的方向发展创造了前提条件的氧化铝晶体材料的制备方法。

为解决上述的技术问题，本发明是采用实施如下技术方案的：一种氧化铝晶体材料，其特殊之处是所述的晶体材料为α型氧化铝晶体材料，其三氧化二铝的含量≥99.999％，密度为3.98g/cm³。

为解决上述的技术问题，本发明是采用实施如下技术方案的：一种生产上述所述的氧化铝晶体材料的方法，其特殊之处是生产过程为在洁净的环境中通过净化和脱水去除23个结晶水、制备γ型氧化铝粉料、制备α型氧化铝晶体和洗涤烘干的工艺过程加工而成。

为解决上述的技术问题，上述技术方案的优选技术方案是：

上述所述的脱水是将纯度为99.99％的硫酸铝铵经过液相法和固相法净化工艺处理后再称取定量的硫酸铝铵放入高铝元皿中，置于专用炉内在温度为240～300℃范围内脱水1～2小时，以达到脱去23个结晶水后从炉内取出在室温下自然冷却，把冷却好的脱水物放入铝桶内备用。

上述所述的制备γ型氧化铝粉料是把一定数量的脱水物放入高铝坩埚内，一起置于箱式高温焙烧炉内，在1020～1080℃温控下进行焙烧2.5～3.5小时，使其充分转化为γ型氧化铝粉料，然后从炉内取出放入筛分房内室温下自然进行冷却24小时，而后进行200目筛网筛分，取筛下物包装备用。用ICP元素分析仪进行粉料中的微量元素分析，用SEM测定分体的形貌和粒度，控制好粉料质量。