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(wěn)定的化學性質，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(zhàn)斗機窗口，(f)導彈整流罩

由于具備上述優(yōu)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(yī)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。

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(xiàn)出藍色、黃色、紅色或者其他顏色，人造藍寶石同樣可以實現(xiàn)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(xiàn)在藍寶石常被用于訂婚戒指，象征著對愛情的忠貞不渝。

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(yè)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(xiàn)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(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(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，藍寶石在電子產品領域仍有極大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

半導體——托舉LED產業(yè)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(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、功耗低、響應速率快以及工作電壓低等優(yōu)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(wěn)定性、生產技術成熟和較低的成本等優(yōu)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。

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(huán)境條件下的應用需求。除了具有優(yōu)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(huán)境適應性和高溫性能穩(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備光學觀察窗口和高端先進探測器、傳感器窗口。

導彈整流罩——高速飛行的"透明鎧甲"

隨著現(xiàn)代國防科技的進步，導彈武器向著高馬赫數的方向發(fā)展。從單一的紅外制導、雷達制導，發(fā)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(tǒng)、探測系統(tǒng)能夠持續(xù)、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(yōu)異透光性和良好的強度、剛度、抗沖擊性、高溫穩(wěn)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。

透明裝甲——應對未來戰(zhàn)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(tài)感知觀察外界環(huán)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(fā)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(yōu)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。

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(tǒng)的紅外光學窗口。美軍列裝于F-16戰(zhàn)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(lián)合攻擊戰(zhàn)斗機中裝備先進光電跟蹤系統(tǒng)，該光學窗口由7塊藍寶石光窗組裝而成，可實現(xiàn)360°全角度、全方位觀測。

F-35戰(zhàn)斗機的光電跟蹤系統(tǒng)及其藍寶石窗口

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(fā)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）

傳感器——極端環(huán)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(fā)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(huán)境下使用。它可以實現(xiàn)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(huán)境。

醫(yī)療領域——從手術刀到骨骼替代的生命之石

藍寶石在醫(yī)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(yōu)點使其在醫(yī)學植入、外科手術和醫(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(yōu)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(tǒng)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(fā)現(xiàn)：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(xù)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(xiàn)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(tǒng)、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(zhàn)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(yī)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

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