中国粉体网讯  蓝宝石是一种氧化铝单晶材料，莫氏硬度为9，处于非常高的硬度水平。蓝宝石晶片在常温条件下具有较好的抗压性，其抗压强度约为抗拉强度的10倍，杨氏弹性模数为一般钢材的2倍，蓝宝石具有非常稳定的化学性质，有较好的耐酸碱腐蚀性，此外还表现出非常优异的热传导性、电气绝缘性、透光性。

蓝宝石的应用领域示例：(a)LED照明，(b)透镜，(c)手机摄像头面板，(d)掺钛激光器，(e)战斗机窗口，(f)导弹整流罩

由于具备上述优异的物理、化学及光学性能，蓝宝石在固体激光、红外窗口、半导体芯片的衬底片、医疗等尖端技术中得到广泛应用。本文将阐述蓝宝石较为典型的10大应用方向。

01.珠宝装饰领域——“来自天国的宝石”

蓝宝石分为天然蓝宝石和人造蓝宝石，均是难得的宝石材料。

自然界中的蓝宝石由于含有一些杂质金属离子，如钛离子、铁离子、铬离子或者镍离子等，会呈现出蓝色、黄色、红色或者其他颜色，人造蓝宝石同样可以实现五彩缤纷的颜色。

图片来源：Pexels

其中，通透、深蓝色的蓝宝石有着“天国之石”的美称，其非凡的色彩还是衡量其他蓝色的宝石——不论是托帕石还是坦桑石——颜色的标准。

在长达几个世纪的时间里，蓝宝石用于装饰皇室及神职人员的礼服。因此，一直以来蓝宝石被认为象征着高贵、真理、真诚和忠诚。现在蓝宝石常被用于订婚戒指，象征着对爱情的忠贞不渝。

02.电子产品——时尚防护之选

依靠高硬度和抗磨损能力，蓝宝石在智能穿戴设备，例如智能手表、智能眼镜等具有开阔的应用市场。从iPhone5手机开始，苹果公司便将蓝宝石用在了手机摄像头覆盖玻璃和主功能键上，避免表面刮伤影响拍摄及指纹识别效果。

此外，为了提高手机面板硬度和抗磨损能力，苹果公司在2013年提出将蓝宝石作为手机面板的计划。

众所周知，苹果公司在很长一段时间内都是行业的风向标，苹果摸着石头过河，其它厂商摸着苹果过河，一旦苹果真的实现采用蓝宝石作为手机面板，全球手机厂商会迅速跟上，那蓝宝石的市场需求势必大涨，因此该计划曾一度引起蓝宝石行业以及其上游高纯氧化铝行业的极大期待。

可惜的是，由于蓝宝石生产工艺复杂、加工成本较高等原因，该计划最后泡汤。这成了蓝宝石行业以及高纯氧化铝行业的一大遗憾，多年后的今天仍有人为此惋惜。

但尽管如此，蓝宝石在电子产品领域仍有极大的发展潜力。

03.半导体——托举LED产业的基石

GaN是第三代半导体材料的主要代表，其禁带宽度大、热导率大、抗辐射能力强，具有良好的化学稳定性，在发光二极管（LED）行业中发挥着巨大作用。LED具有功率高、使用寿命长、功耗低、响应速率快以及工作电压低等优点，被广泛应用于景观、装饰和照明领域，尤其是液晶显示方面，笔记本电脑显示屏和液晶电视上均广泛采用了LED产品。

蓝宝石晶体，来源：晶盛机电

蓝宝石因其适中的介电常数和较低的介电损耗以及硬度高、耐磨性好、良好的化学稳定性、生产技术成熟和较低的成本等优点，已经成为LED的主要衬底材料，该领域也是当前蓝宝石的最主要应用方向。

04.民用光学元件——高端仪器窗口之选

由于光学、物理、机械力学及化学等综合性能独特，蓝宝石晶体还被用来制作光学实验仪器、科研试验仪器和探测器中的透镜、棱镜及反射镜等的高强度光学元件，可以满足不同使用环境条件下的应用需求。除了具有优异的宽波段高光学透过性能之外，光学用蓝宝石晶体材料强度高、耐磨性强，具有良好的抗腐蚀性、耐环境适应性和高温性能稳定性，因此，还可用于加工制造使用于高温、高压等恶劣工作环境条件下的各种仪器设备光学观察窗口和高端先进探测器、传感器窗口。

05.导弹整流罩——高速飞行的"透明铠甲"

随着现代国防科技的进步，导弹武器向着高马赫数的方向发展。从单一的红外制导、雷达制导，发展到紫外﹣红外双模制导，红外﹣毫米波复合制导，增大了攻击距离，加强了光电对抗，增强了自主攻击和抗外界干扰的能力。

导弹整流罩

为了保护高速飞行的导弹内部光电系统、探测系统能够持续、安全可靠工作，必须在导弹外部使用整流罩。蓝宝石在3~5μm波段的优异透光性和良好的强度、刚度、抗冲击性、高温稳定性以及其不受风沙、雨水、海水、潮气甚至冰雹侵蚀破坏等特点，使其成为马赫级导弹整流罩的理想材料。

06.透明装甲——应对未来战争的“光学盾牌”

透明装甲是一种有效防护多种弹丸和碎片，保护士兵生命安全，且能提供士兵随时且全方位动态感知观察外界环境的叠层复合材料，主要应用于有防护需求的各种窗口和观察瞄准部位，如军用飞机的挡风、装甲车辆的视窗等。随着武器装备的不断发展，为了应对新的威胁，对装甲装备防护性能提出了更高的要求，透明装甲的厚度和面密度也在不断增加。

目前国际上普遍公认的三种最有潜力的透明装甲材料为蓝宝石单晶、镁铝尖晶石陶瓷和氧氮化铝陶瓷。其中，蓝宝石晶体是硬度仅次于钻石的一种材料，具有高强度、耐高温、耐腐蚀、防辐射等优异的性能，同时在紫外、可见、3～5μｍ红外宽波段范围内均具有高的透过率，是理想的透明装甲材料，被广泛应用于武装直升机视窗、装甲装备的防弹视窗等部件。

07.机载光电窗口——360°全角度观测利器

作为综合性能突出的多波段、宽波段光学透射材料，蓝宝石也用作机载光电系统的红外光学窗口。美军列装于F-16战斗机的机载前视红外（ATFLIR）吊舱，使用了由Exotic公司加工制造生产的蓝宝石作为红外光学窗口。美F-35联合攻击战斗机中装备先进光电跟踪系统，该光学窗口由7块蓝宝石光窗组装而成，可实现360°全角度、全方位观测。

F-35战斗机的光电跟踪系统及其蓝宝石窗口

08.光电桅杆窗口——深海潜航的"眼睛"

英国机敏级攻击核潜艇，装备有泰利斯光电子研制和生产的CM010光电桅杆，其观察窗口首次在光电桅杆中采用蓝宝石晶体材料，是光电桅杆材料选择上的一次重大变化，推动了光电桅杆及其热像仪的发展。美国弗吉尼亚级攻击核潜艇，采用了光电桅杆，这些新型光电桅杆传感器中集成有热像仪、电视摄像机、激光测距仪等光电设备，其光电窗口采用的也是蓝宝石晶体材料。

潜艇光电桅杆（上）及蓝宝石光学窗口（下）

09.传感器——极端环境下的"温度之眼"

蓝宝石光纤具有高熔点、低传输损耗和高强度，在0.3～4.0μm波段具有高光学透过率，是一种性能突出的高温传感器材料，在新一代高温传感器开发和应用方面具有良好的潜在应用前景。与石英光纤相比，蓝宝石光纤具有更强的耐水性，更适合于恶劣环境下使用。它可以实现室温～1800℃的宽温度范围的全程测温，测试精度和信噪比高，测试范围宽，适用于高频电阻加热、等离子体辅助气相沉积、高温热气流等特殊环境。

10.医疗领域——从手术刀到骨骼替代的生命之石

蓝宝石在医学领域上的应用也在逐渐增加，蓝宝石独特的化学惰性、生物兼容性和高硬度、耐磨性好等优点使其在医学植入、外科手术和医疗器械制造方面表现十分出色。

如：

在脑肿瘤切除中，蓝宝石神经外科探头得益于其高机械强度、不良导电性、耐腐蚀性等特性，被广泛应用于脑肿瘤神经外科中。

由于蓝宝石手术刀质地坚硬，可直接接触组织，且与普通手术刀有同样的手感。这些优点使之操作简便，切割部位和手术深浅极易精确掌握，止血效果亦佳。这是传统YAG光纤手术器和CO₂手术器只能非接触治疗所不可比的。

通过薄膜生长技术制成的蓝宝石毛细管针，在激光热疗和光动力学治疗中具有强大的潜力。它们可以作为光学透明的轴承元件将光纤引入毛细管通道，以便将激光辐射输送到生物组织用于治疗，在某些情况下也可用于诊断。

研究发现：钛蓝宝石激光器是一种安全有效的良性色素病变的治疗方法。该技术的后续进展扩大了其临床适应证，包括治疗良性色素病变、光损伤、黄褐斑、面部色素沉着障碍和瘢痕修复等。

心室辅助装置（VADs）是治疗终末期心力衰竭患者的主要手段，单晶蓝宝石作为VADs中常见的生物材料之一，其良好的生物相容性，使得出现感染、出血和血栓以及与异物反应相关的不良反应的概率大幅降低。

蓝宝石无毒性，对神经系统、肝脏和肾脏无影响，也不会对其他部位产生影响，对人的机体不会产生诱变和其他形式的负面作用，因此成为骨骼替代的首选材料。

参考来源：

[1]唐文奇等.蓝宝石的应用及单晶强韧化研究进展

[2]杜鹃等.蓝宝石晶体材料的光电应用

[3]王晓亮等.应对未来战争的“光学盾牌”———蓝宝石基透明装甲

[4]申勇等.蓝宝石的特性在医学领域应用的进展研究

[5]谢文祥.蓝宝石的化学机械抛光液研究

[6]王方.蓝宝石化学机械抛光液用硅溶胶制备工艺研究

（中国粉体网/山川）

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