[发明专利]碳铜双掺蓝宝石晶体及其制备方法

权利要求书

1.一种碳铜双掺蓝宝石晶体，其特征在于该晶体的化学式为C_x·(CuO)_y·(Al₂O₃)_1-x-y，所述x、y为重量百分比,取值范围为:0.01wt％≤x≤1wt％和0.01wt％≤y≤0.5wt％。

2.权利要求1所述的碳铜双掺蓝宝石晶体的制备方法，其特征在于该方法包括下列步骤：

①原料配方：

碳铜双掺蓝宝石晶体，即C_x·(CuO)_y·(Al₂O₃)_1-x-y晶体的生长原料采用纯度为99.99％的C，99.99％的CuO和99.999％的Al₂O₃，选定x和y值，并按重量百分比x:y:(1-x-y)进行称量配料；

②采用熔体法生长碳铜双掺蓝宝石晶体：

采用分步烧料法制备长晶用料：先将C和Al₂O₃装入钨坩埚或钼坩埚内，放进惰性气氛保护的高温烧料炉内，采用100～300℃/h的速率升温至2000～2050℃，保温2～5小时后以150～400℃/h的速率降温至室温，再将CuO装入上述盛有C和Al₂O₃烧结料的坩埚内，重复上述烧结过程；或先将CuO和Al₂O₃装入钨坩埚或钼坩埚内烧结一次，再添入C重复烧结，最后从坩埚中取出掺有C、Cu元素的Al₂O₃料；

③采用熔体法生长晶体。

3.根据权利要求2所述的碳铜双掺蓝宝石晶体的制备方法，特征在于所述的熔体法为温度梯度法，所述的长晶用坩埚为钨坩埚或钼坩埚，坩埚底部可以放入<11-20>或<0001>方向的纯蓝宝石籽晶，或不放入籽晶，晶体生长在Ar气氛中进行，原料升温熔化速率80～150℃/h，熔体降温结晶速率0.5～5℃/h，晶体降温冷却速率10～50℃/h。

4.根据权利要求2所述的碳铜双掺蓝宝石晶体的制备方法，特征在于所述的熔体法为提拉法，所述的长晶用坩埚为铱坩埚，籽晶为<11-20>或<0001>方向的纯蓝宝石单晶棒，晶体生长在Ar气氛中进行，晶体提拉速率0.5～3mm/h，转速10～30rpm。

5.根据权利要求2所述的碳铜双掺蓝宝石晶体的制备方法，特征在于所述的熔体法为坩埚下降法，所述的长晶用坩埚为钨坩埚或钼坩埚，坩埚底部放入<11-20>或<0001>方向的纯蓝宝石籽晶，或不放入籽晶，晶体生长在Ar气氛中进行，坩埚下降速率0.1～3mm/h。

6.根据权利要求2所述的碳铜双掺蓝宝石晶体的制备方法，特征在于所述的熔体法为热交换法，所述的长晶用坩埚为钼坩埚，坩埚底部放入<11-20>或<0001>方向的纯蓝宝石籽晶或不放入籽晶，晶体生长在流动的He气氛中进行，原料升温熔化速率60～150℃/h，熔体降温结晶速率0.2～2.5℃/h，晶体降温冷却速率50～80℃/h。

7.根据权利要求2所述的碳铜双掺蓝宝石晶体的制备方法，特征在于所述的熔体法为泡生法，所述的长晶用坩埚为钨坩埚，籽晶为<11-20>或<0001>方向的纯蓝宝石单晶棒，晶体生长在1×10^-3～1×10^-4Pa真空环境下进行，原料升温熔化速率50～150℃/h，熔体降温结晶速率0.1～3℃/h，晶体提拉速率0.05～3mm/h，晶体降温冷却速率30～80℃/h。