CN116065237A

CN116065237A - 用于制造单晶蓝宝石晶种和蓝宝石单晶的方法以及用于钟表和珠宝的外部构件和功能构件

Info

Publication number: CN116065237A
Application number: CN202211357222.XA
Authority: CN
Inventors: D·科切特-穆奇; N·贝里沙; P·维利
Original assignee: Comadur SA
Current assignee: Comadur SA
Priority date: 2021-11-02
Filing date: 2022-11-01
Publication date: 2023-05-05
Also published as: JP2023068625A; EP4174221A1; KR20230063864A; US20230133632A1

Abstract

本发明涉及用于制造蓝宝石单晶(6)的方法，包括：使氧化铝和/或蓝宝石在坩埚中熔化，然后使熔融的氧化铝和/或蓝宝石与单晶蓝宝石晶种(1)接触，以使其沿生长方向逐渐结晶以形成蓝宝石单晶，单晶蓝宝石晶种具有菱面体晶体结构，其限定了彼此垂直且分别垂直于晶面A(112^_0)、C(0001)和M(10^_10)的三个晶轴[A]、[C]和[M]，单晶蓝宝石晶种是由彼此平行且相隔一定距离延伸的两个平面(26)界定的板(2)，该板是从初始蓝宝石单晶获得的，初始蓝宝石单晶被切割成使得板的晶轴[A]、[C]或[M]与板的平面(4)的法线(D1)形成的角度(α)在5°与85°之间。本发明还涉及单晶蓝宝石晶种和表镜坯料。

Description

用于制造单晶蓝宝石晶种和蓝宝石单晶的方法以及用于钟表和珠宝的外部构件和功能构件

技术领域

本发明涉及一种用于制造具有优选晶向的单晶蓝宝石晶种的方法。本发明还涉及一种由这种单晶蓝宝石晶种制造具有优选晶向的蓝宝石单晶的方法。本发明还涉及在这种蓝宝石单晶中切割的用于钟表和珠宝的外部构件和功能构件。

背景技术

所谓的单晶材料由独特的宏观晶体构成，其尺寸可以从一毫米到几米不等。单晶最常见的用途之一是珠宝制作：事实上，许多珠宝饰品是由红宝石、蓝宝石、钻石等单晶制成的。然而，尽管这通常不为人知，但是单晶在前沿技术中的作用至关重要，因为电子产品和一些光伏电池中使用的硅以及相当多固体激光器中使用的化合物都是单晶的。从简单的激光棒到用于飞行器涡轮机或光学器件中的核聚变的功率激光器，单晶材料的应用非常多样化。

在单晶形式中，化合物可以具有特定的光学性质，例如透明度或双折射。纯净时，氧化铝Al₂O₃晶体是透明的，在钟表行业中常用于制造表镜。当被掺杂剂或杂质着色时，氧化铝Al₂O₃晶体被用作宝石。形成单晶的原子和离子的化学环境被完美地限定并以重复的方式组织，在这种环境中引入的掺杂剂只有几个可用的占据位点，这使得这种掺杂剂能够为单晶赋予非常特定的性质。例如，当掺杂单晶材料以由它制造激光发射源时，掺杂剂分布在有限数量的位点上，使得掺杂剂在其电子跃迁过程中发射的能量仅发生轻微变化，从而可以获得精细的激光发射。类似地，掺杂剂在单晶掺杂剂中可能占据的位点的具体限定允许改变这种掺杂剂的存在所固有的特性。例如，氧化铝晶体中Cr³⁺离子的存在是红宝石呈红色的起源，而包含相同Cr³⁺离子的绿柱石(Be₃Al₂Si₆O₁₈)会呈绿色；于是将其称为绿宝石。

因此，对于技术应用来说，希望在单晶化合物中存在掺杂剂形式的缺陷。然而，对于不受控制的杂质以及位错和断裂等结构缺陷而言，情况并非如此。因此，一般来说，人们寻求使用尽可能高品质的单晶。在自然界中可以找到单晶，但这些通常很少见且缺陷非常多。这就是为什么自二十世纪初以来开发了许多合成技术的原因。有几种类型的工艺可以获得人造单晶：

-由化合物的过饱和溶液获得；

-由熔融化合物获得；

-通过化学气相沉积获得。

我们在此着重于通过在熔融状态下结晶来合成单晶，其代表接近80％的所获得的人造单晶。第一种使处于熔融状态的单晶化合物结晶的方法是由法国人Auguste Verneuil发明的。1891年，Verneuil在寻求用于珠宝制造的合成红宝石时提出的该方法包括使熔融材料与一部分预先获得的称为晶种的单晶接触而结晶。为了合成构成红宝石和蓝宝石的配方为Al₂O₃的刚玉，需要升高到非常高的温度(熔点为2,050℃)，该温度借助于火焰温度为约2,700℃的氢氧火炬H₂+1/2O₂→H₂O达到。可能掺杂的氧化铝通过振动器以细粉的形式引入，振动器使少量氧化铝直接掉入火炬的火焰中。如此形成的熔融的氧化铝滴掉落在晶种的顶部并跟随该晶种的晶体排列而结晶。逐渐降低正在生长的单晶，以便在恒定温度下进行结晶。在合成结束时，获得瓶形式的单晶。

迄今为止，Verneuil工艺仍然几乎以同样的方式使用，特别是用于珠宝制造和钟表制造的刚玉(红宝石、蓝宝石、表镜等)的工业生产。虽然它生成的单晶比通过其它方法获得的单晶缺陷更多，但Verneuil工艺的优点是成本相对较低且速度较快；借助于这种方法，例如可以在大约十小时内获得单晶。然而，通过Verneuil工艺获得的蓝宝石单晶具有较高的位错密度和不可控的局部取向偏移。此外，Verneuil单晶中还存在的其它缺陷，例如气泡、网状物和其它夹杂物，例如在成品表镜中可以用肉眼看到。

本发明着重于通过在坩埚中以熔融状态结晶来合成单晶的方法。特别地，本发明着重于导模法(EFG)、热交换法(HEM)、泡生法(Kyropoulos)、提拉法(Czochralski)、垂直布里奇曼法(Bridgman Vertical)、水平布里奇曼法(Bridgman Horizontal)和微下拉法(Micro Pulling Down)类型的生长单晶的技术。

J.Czochralski在1915年提出的具有相同名称的工艺是用于使处于熔融状态下的单晶结晶的标志性方法。基于与Verneuil工艺相同的原理，即，材料的熔化和与预先获得的单晶晶种接触的晶体生长，但Czochralski工艺与Verneuil工艺的不同之处在于，待熔化的材料在实验开始时被全部加入并熔化，而不是逐渐少量加入。为此，将待熔化的材料置于由尤其诸如铂或铱等化学惰性材料制成并可承受高温的坩埚中。将坩埚放置在导电绕组的中心，高频电流流过导电绕组，从而允许对坩埚进行感应加热。一旦材料熔化并且温度稳定，就将预先获得的单晶晶种放置在耐高温棒上并使之与熔融材料进行接触。之后，晶种向较冷区域缓慢上升，熔融材料在该较冷区域中与晶种接触而结晶。因此，从熔融材料中拉出单晶。耐高温棒连续旋转，以便使即将结晶的熔融材料层均匀化。

在Czochralski工艺中，温度控制应该小心，因为我们应该将温度设定得非常接近待结晶材料的熔点，但温度不会太高，因为这会导致晶种熔化而损耗。然而，实施Czochralski工艺的困难被它产生的高品质晶体所弥补，这使得它从这个角度来看是一种经过验证的晶体生长技术。

由于其卓越的物理特性，具有化学成分Al₂O₃的蓝宝石适用于无数应用。蓝宝石是仅次于钻石的最坚硬、最耐磨的材料，因此可用于钟表行业以及高性能领域的行业。合成蓝宝石是惰性的，在抛光状态下透明，耐酸，导电率低，熔点超过2,000℃，适用于最苛刻的用途。蓝宝石几乎坚不可摧，并且在实践中可以抵抗所有外部侵入。由蓝宝石制成的表镜和技术部件可防刮擦，其表面无孔、有光泽，抛光后透明度极佳。

如上所述，用于通过在坩埚中以熔融状态结晶来合成单晶的方法允许制造高品质的单晶蓝宝石。然而，这些方法是昂贵的，因为所需晶体的品质需要一般较慢的生长速率以及诸如坩埚之类的数量更大且更复杂的工具。因此，制造Czochralski单晶的持续时间可以长达一周或更长。这就是为什么需要生产尽可能无缺陷的单晶的原因。

表镜是通过加工在蓝宝石单晶中切割的坯料而获得的。然而，迄今为止，通过在坩埚中以熔融状态结晶生产的蓝宝石单晶是通过沿对应于主晶轴之一的方向——一般为蓝宝石的[A]或[M]——生长这些单晶而获得的。这些晶体生长模式目前导致表面法线为晶轴[A]或[M]的坯料，晶轴[C]包含在该表面中。然而，已经发现，对于这样的晶向，坯料在加工方面具有更大的易碎性，这会导致更多的碎屑。因此，表镜更难加工，报废率更高，大大增加了此类表镜的成本价格。

发明内容

本发明旨在通过提供一种用于制造蓝宝石单晶的方法来克服上述问题以及其它问题，该方法允许获得缺陷较少且更易于加工的蓝宝石单晶。

作为初步评述，重要的是要理解下文将考虑的单晶蓝宝石晶种在第一蓝宝石单晶中被特定地切割，然后将这些单晶蓝宝石晶种随后用于使第二蓝宝石单晶生长，在第二蓝宝石单晶中切割所需的表镜坯料。

为此，本发明涉及一种制造单晶蓝宝石晶种的方法，该单晶蓝宝石晶种具有菱面体晶体结构，该菱面体晶体结构限定了彼此垂直并且分别垂直于晶面

C(0001)和

的三个晶轴[A]、[C]和[M]，该单晶蓝宝石晶种是由彼此平行且相隔一定距离延伸的两个平面界定的板，该单晶蓝宝石板是从初始蓝宝石单晶获得的，该初始蓝宝石单晶被切割成使得单晶蓝宝石板的晶轴[A]、[C]和[M]中的一个与该单晶蓝宝石板的平面的法线形成一角度，该角度的值介于5°与85°之间。

根据一个特定实施例，本发明还涉及一种制造单晶蓝宝石晶种的方法，该单晶蓝宝石晶种具有菱面体晶体结构，该菱面体晶体结构限定了彼此垂直并且分别垂直于菱面体结构的晶面

C(0001)和

的三个晶轴[A]、[C]和[M]，该单晶蓝宝石晶种是预先由初始蓝宝石单晶获得的棒，该初始蓝宝石单晶被切割成，使得所获得的单晶蓝宝石棒的晶轴[A]、[C]和[M]中的一个与该单晶蓝宝石棒的横截面的法线形成一角度，该角度的值介于5°与85°之间。

根据另一特定实施例，本发明还涉及一种用于制造蓝宝石单晶的方法，该方法包括以下步骤：使氧化铝和/或蓝宝石在坩埚中熔化，然后使熔融的氧化铝和/或蓝宝石与板或棒形式的单晶蓝宝石晶种相接触，以便使熔融的氧化铝和/或蓝宝石沿生长方向逐渐结晶以形成蓝宝石单晶。

根据另一特定实施例，本发明还涉及一种用于制造通过在模具顶部以熔融状态结晶而获得的蓝宝石单晶的方法，该方法包括以下步骤：使氧化铝和/或蓝宝石在坩埚中熔化，然后使在模具的通道中的熔融的氧化铝和/或蓝宝石与预先获得的单晶蓝宝石晶种相接触，以便使熔融的氧化铝和/或蓝宝石沿生长方向逐渐结晶以形成蓝宝石单晶，单晶蓝宝石晶种具有菱面体晶体结构，该菱面体晶体结构限定了彼此垂直并且分别垂直于菱面体结构的晶面

C(0001)和

的三个晶轴[A]、[C]和[M]，单晶蓝宝石晶种是由彼此平行且相隔一定距离延伸的两个平面界定的第一板，晶轴[A]、[C]和[M]中的一个垂直于第一单晶蓝宝石板的平面，该第一单晶蓝宝石板相对于由模具的通道限定的平面的垂线以一角度倾斜，该角度的值介于5°与85°之间，由晶体生长产生的蓝宝石单晶是由彼此平行且相隔一定距离延伸的两个平面界定的第二单晶蓝宝石板，该第二单晶蓝宝石板的晶轴[A]、[M]或[C]相对于其平面的法线具有取向偏移(disorientation)，该取向偏移对应于第一板相对于模具通道的倾斜。

按照根据本发明的方法的特定实施方案：

-晶轴[A]或[M]或[C]与单晶蓝宝石板的平面的法线形成一角度，该角度的值介于25°与35°之间；

-晶轴[A]或[M]或[C]与单晶蓝宝石板的平面的法线形成一角度，该角度的值介于5°与15°之间；

-晶轴[A]或[M]或[C]与单晶蓝宝石棒的横截面的法线形成一角度，该角度的值介于25°与35°之间；

-晶轴[A]或[M]或[C]与单晶蓝宝石棒的横截面的法线形成一角度，该角度的值介于5°与15°之间；

-用于制造蓝宝石单晶的方法选自导模法、热交换法、泡生法、提拉法、垂直布里奇曼法、水平布里奇曼法和微下拉法；

-熔融的氧化铝和/或蓝宝石是纯净的或掺杂的；

-使用蓝宝石碎片；

-一旦获得蓝宝石单晶，就在该蓝宝石单晶中切割用于钟表或珠宝的外部构件或功能构件；

-外部构件或功能构件是手表桥夹板、机板、表镜、表壳、表盘或表带链节。

根据另一特定实施例，本发明涉及一种用于制造单晶蓝宝石柱的方法，该方法包括以下步骤：借助于切割工具在已经沿晶轴[A]或[M]或[C]中的一个生长的蓝宝石单晶球中沿与蓝宝石单晶球的生长晶轴形成一角度的方向进行钻进取芯，该角度的值介于5°与85°之间。

本发明还涉及一种单晶蓝宝石晶种，该单晶蓝宝石晶种具有菱面体晶体结构，该菱面体晶体结构限定了彼此垂直并且分别垂直于菱面体结构的晶面

C(0001)和

的三个晶轴[A]、[C]和[M]，该单晶蓝宝石晶种是由彼此平行且相隔一定距离延伸的两个平面界定的板，单晶蓝宝石板的晶轴之一与该单晶蓝宝石板的平面的法线形成一角度，该角度的值介于5°与85°之间。

C(0001)和

的三个晶轴[A]、[C]和[M]，该单晶蓝宝石晶种是单晶蓝宝石棒，该单晶蓝宝石棒的晶轴之一与该单晶蓝宝石棒的横截面的法线形成一角度，该角度的值介于5°与85°之间。

本发明还涉及表镜的坯料，该坯料由两个面界定，所述两个面彼此相隔一定距离并且其中至少一个面是平面的，该坯料由具有菱面体晶体结构的单晶蓝宝石制成，该菱面体晶体结构限定了彼此垂直并且分别垂直于菱面体结构的晶面

C(0001)和

的三个晶轴[A]、[C]和[M]，晶轴之一与坯料的平面的法线形成一角度，该角度的值介于5°与85°之间，使得该晶轴不包含在坯料的平面内。

最后，本发明涉及用于钟表和珠宝的外部构件和功能构件，在根据本发明的方法获得的蓝宝石单晶中切割所述外部构件和功能构件，特别是手表桥夹板、机板、表镜、表壳、表盘或表带链节。

由于这些特征，本发明提供了一种允许在便利的加工条件下制造表镜的方法。更具体地，通过根据本发明的方法获得的表镜是在蓝宝石单晶中切割的，该蓝宝石单晶是通过与板或棒形式的单晶蓝宝石晶种接触而进行晶体生长来获得的，该单晶蓝宝石晶种被加工成使得单晶蓝宝石板或棒的晶轴[A]、[C]或[M]中的一个与板平面的法线或与棒横截面的法线形成介于5°与85°之间的角度。在通过实施根据本发明的方法获得的蓝宝石单晶中切割的表镜坯料的晶轴[A]、[C]或[M]中的一个相对于其表面的法线角偏移与蓝宝石晶种的晶轴[A]、[C]或[M]中的一个的取向偏移相同的值，在其中切割这些坯料的蓝宝石单晶是从所述蓝宝石晶种获得的。因此，晶轴[A]、[C]或[M]相对于用作用于蓝宝石单晶的晶体生长的晶种的板的平面或单晶蓝宝石棒的横截面的法线的角位移导致晶轴[C]一般不包含在表镜的坯料的平面内，使得总体上避免了在该晶轴[C]穿过表镜的坯料的边缘的位置处通常遇到的最大加工易碎性。因此，表镜坯料的硬度较低，因此更容易加工。特别是，考虑到这些表镜坯料不易碎，加工过程中这些坯料边缘碎裂的风险大大降低。此外，由于本发明的方法获得的表镜几乎没有并且可能没有蓝宝石单晶的位错以及局部和不受控制的取向改变。

附图说明

本发明的其它特征和优点将从以下对根据本发明的方法的实施例的详细描述中更清楚地显现，该实施例仅通过参考附图出于纯粹说明性和非限制性目的而给出，在附图中：

-图1示出了一种EFG型晶体生长方法，该方法能够从根据本发明制备的板形式的单晶蓝宝石晶种获得多个蓝宝石单晶；

-图2示出了在通过与根据本发明制备的板形式的单晶蓝宝石晶种接触的晶体生长而获得的蓝宝石单晶中切割的表镜坯料；

-图3示出了根据本发明制备的棒形式的单晶蓝宝石晶种；

-图4A示出了所谓的Kyropoulos球，该球已经沿晶轴[A]生长，并且在该球中对将用作用于生长根据本发明的蓝宝石单晶的晶种进行取样；

-图4B示出了借助于图4A的晶种获得的Kyropoulos球形式的蓝宝石单晶，其中，借助于金刚石工具并沿该蓝宝石单晶的生长方向对柱进行取样，从而允许获得根据本发明的表镜坯料；

-图4C示出了所谓的Kyropoulos球，其中，借助于金刚石工具对柱直接取样，从而可以获得根据本发明的表镜的坯料；

-图5是根据本发明的方法的另一实施例的用于生长蓝宝石单晶的模具的顶视图；

-图6是图5的模具的侧视截面图；

-图7是通过根据本发明的方法获得并放置在两个交叉偏振器之间的表镜的顶视图；

-图8示意性地示出了在EFG型蓝宝石单晶中切割表镜的坯料；

-图9示意性地示出了在单晶蓝宝石柱中切割表镜的坯料。

具体实施方式

本发明基于这样的发明总体构思，该构思在于特别是由在蓝宝石单晶中切割的坯料生产表镜，该蓝宝石单晶是通过在坩埚中与板或棒形式的单晶蓝宝石晶种接触而在熔融状态下进行晶体生长而获得的。本发明的独创性尤其在于，用于使在其中切割表镜坯料的蓝宝石单晶生长的单晶蓝宝石晶种本身是在蓝宝石单晶中切割的，使得垂直于在其中切割这些表镜坯料的蓝宝石单晶的原晶胞的晶面(0001)的晶轴[C]不包含在表镜坯料的平面内。更具体地，切割第一蓝宝石单晶，从而获得具有平面的板形式的单晶蓝宝石晶种，其中，晶轴[A]、[C]或[M]中的一个与板的平面或棒的横截面的法线形成一角度，该角度的值介于5°与85°之间。接下来，在与该单晶蓝宝石晶种接触生长的蓝宝石单晶中，然后在于该蓝宝石单晶中切割的表镜的坯料中，发现单晶蓝宝石晶种中的晶轴[A]、[C]或[M]的取向偏移。最后，晶轴[C]不在表镜坯料的平面内，因此不与这些坯料的边缘相交。因此，避免了晶轴[C]穿过表镜坯料边缘时通常会注意到的最大加工易碎性。因此，表镜的坯料不易碎，因此更容易加工。特别是，切屑的风险大大降低。

图1示意性地示出了借助于根据本发明获得的单晶蓝宝石晶种制造蓝宝石单晶的EFG型方法。附图标记为1的单晶蓝宝石晶种的形式是由彼此平行且相隔一定距离延伸的两个平面4界定的板2。该单晶蓝宝石晶种1具有菱面体(rhombohedral)晶体结构，其限定了彼此垂直且分别垂直于蓝宝石的原晶胞的晶面

C(0001)和

的三个晶轴[A]、[C]和[M]。

根据本发明，在第一蓝宝石单晶中切割单晶蓝宝石晶种1，使得例如所获得的板2的晶轴[C]绕晶轴[M]旋转，以与该板2的平面4的法线D1形成一角度α，所述角度α的值介于5°与85°之间，例如10°。晶轴[A]、[C]和[M]彼此垂直，晶轴[A]也相对于板2的平面4偏移相同的角度α，而晶轴[M]绕自身旋转10°，因此不会移动。

应当注意的是，用于沿优选方向在蓝宝石单晶中切割单晶蓝宝石晶种的技术是蓝宝石单晶生长领域的技术人员已知的，因此在此将不再详述。

如图1所示，沿限定蓝宝石单晶6的生长方向L的晶轴[M]提拉单晶蓝宝石晶种1。通过使熔融的氧化铝和/或蓝宝石在模具顶部之一与单晶蓝宝石晶种1接触，然后沿生长方向L逐渐提拉该单晶蓝宝石晶种1以使其慢慢远离熔融的氧化铝和/或蓝宝石并使蓝宝石单晶6能够逐渐生长，来获得每个蓝宝石单晶6。

根据本发明，单晶蓝宝石晶种1用于使蓝宝石单晶6生长，在该蓝宝石单晶6中切割表镜10的坯料8。表镜10的这些坯料8由彼此相隔一定距离延伸的两个面界定，并且其中至少一个面12是平面的。单晶蓝宝石晶种1的形式是本身在初始蓝宝石单晶中切割的板2，使得例如其晶轴[C]绕晶轴[M]旋转，以与板2的平面4的法线D1成角度α，所述角度α的值介于5°与85°之间，例如10°。接下来，在与该单晶蓝宝石晶种1接触而生长的蓝宝石单晶6中、然后在于这些蓝宝石单晶6中切割的表镜10的坯料8中发现单晶蓝宝石晶种1中的晶轴[A]和[C]的取向偏移。

最后，如图2所示，由于晶轴[A]和[C]的取向偏移，晶轴[C]不包含在表镜10的坯料8的平面12中并且因此不与这些坯料8的边缘14相交。因此，避免了在该晶轴[C]穿过表镜10的坯料8的边缘14的位置处通常注意到的最大加工易碎性。因此，表镜10的坯料8不易碎，因此更容易加工。特别是，切屑的风险大大降低，并且损耗更小。

图3示意性地示出了在例如Kyropoulos类型的晶体生长工艺中使用的单晶蓝宝石棒16A。该单晶蓝宝石棒16A具有菱面体晶体结构，其限定了彼此垂直且分别垂直于蓝宝石的原晶胞的晶面

C(0001)和

的三个晶轴[A]、[C]和[M]。

根据本发明并且如图4A所示，单晶蓝宝石棒16A是在预先获得的蓝宝石单晶球18A中切割的，使得例如所获得的单晶蓝宝石棒16A的晶轴[A]绕晶轴[M]旋转，以与该单晶蓝宝石棒16A的横截面S的法线D2形成一角度α，所述角度α的值介于5°与85°之间，例如10°。晶轴[A]、[C]和[M]彼此垂直，晶轴[C]也相对于单晶蓝宝石棒16A的横截面S偏移相同的角度α，而晶轴[M]绕自身旋转，因此不会移动。接下来(参见图4B)，在通过使熔融的氧化铝和/或蓝宝石与该单晶蓝宝石棒16A接触而生长的蓝宝石单晶球18B中发现单晶蓝宝石棒16A中的晶轴[A]和[C]的取向偏移。接下来，可以借助于金刚石切割工具20在从单晶蓝宝石棒16A沿蓝宝石单晶球18B的生长方向D3生长的蓝宝石单晶球18B中切割单晶蓝宝石柱16B。之后，又可以在该单晶蓝宝石柱16B中切割根据本发明的表镜10的坯料8。

在图4C中，可以看到例如Kyropoulos类型的蓝宝石单晶球18C，其中借助于切割工具20沿与该蓝宝石单晶球18C的生长晶轴[A]形成一角度α的方向进行钻进取芯，角度α的值介于5°与85°之间，例如10°。通过这种方式，也可以获得能够切割根据本发明的表镜10的坯料8的单晶蓝宝石柱16C。

应当注意的是，用于在例如Kyropoulos类型的预先获得的蓝宝石单晶球中沿优选方向切割单晶蓝宝石晶种的技术，无论该晶种的形式是具有平面4的板2还是棒16A，对于蓝宝石单晶生长领域的技术人员来说是已知的，因此在此将不再详述。

最后，由于晶轴[A]相对于单晶蓝宝石棒16A的横截面S的法线的方向的取向偏移，晶轴[C]一般不位于表镜10的坯料8的平面12中，因此一般不会与这些坯料8的边缘14相交。因此，避免了在该晶轴[C]穿过表镜10的坯料8的边缘14的位置处通常注意到的最大易碎性。因此，表镜10的坯料8不易碎，因此更容易加工。特别是，切屑的风险大大降低，并且损耗更小。

不言而喻，本发明不限于刚刚描述的实施模式，并且可以考虑各种简单的修改和变型而不背离通过所附权利要求限定的本发明的范围。特别是，代替制备板形式的单晶蓝宝石晶种，其晶轴相对于如上所述界定该板的平面的法线形成非零角度，也可以考虑如图5和6所示使用第一板24形式的单晶蓝宝石晶种22，其晶轴[C]例如通常垂直于界定该第一板24的平面26。在本发明的一个特定实施例中，这种单晶蓝宝石晶种22用于使蓝宝石单晶28在模具30的顶部生长，模具30由彼此平行且相隔一定距离延伸的多个通道32组成，熔融的氧化铝和/或蓝宝石在所述通道内部输送。之后，该熔融的氧化铝和/或蓝宝石与单晶蓝宝石晶种22相接触并开始结晶，以形成第二板形式的蓝宝石单晶28。这些第二单晶蓝宝石板中的每一个都由两个平面34界定，这两个平面34彼此平行且相隔一定距离延伸。在这种情况下，通过使单晶蓝宝石晶种22相对于模具30的通道32在其中延伸的平面的垂线P倾斜角度α，该角度α的值介于5°与85°之间，例如10°，由晶体生长产生的第二单晶蓝宝石板的晶轴[A]相对于它们的平面34的法线的取向偏移与如上文参考图1所述的借助于单晶蓝宝石晶种获得的板的晶轴的取向偏移相同。

图7是通过本发明的方法获得并放置在两个交叉偏振器之间的表镜10的顶视图。在该图7中，可以看到在表镜10中看不到诸如位错或不受控制的局部取向改变之类的缺陷。还应当理解，根据本发明的方法，氧化铝和/或蓝宝石是熔融的。这些材料可以是纯净的或掺杂的。优选但不加以限制，掺杂材料选自由单独或组合使用的钛、铁、铬、钴和钒形成的组。至于所使用的蓝宝石，它优选由诸如劣质蓝宝石晶体之类的碎片组成，或者由制造表镜10的不同工序产生的加工碎屑或碎片组成。已经非常具体地结合表镜10的制造描述了本发明。不言而喻，该示例仅出于纯粹说明性和非限制性目的而给出，并且本发明更一般地适用于制造特别是用于钟表和珠宝的外部构件和功能构件，例如手表桥夹板、机板、表壳和表盘或表链链节。

如图8所示，表镜10的坯料8是在EFG型蓝宝石单晶6中切割的。如图9所示，应当理解的是，表镜10的坯料8是在从单晶蓝宝石棒16A沿蓝宝石单晶球18B的生长方向D3生长的蓝宝石单晶球18B中切割的单晶蓝宝石柱16B中加工的。换言之，表镜10的坯料8是垂直于蓝宝石单晶球18B的生长方向D3切割的。通常，表镜10的坯料8的厚度介于1至2mm之间并且可以达到10mm。最后，应当注意的是，在所有前述内容中，术语“棒”适用于晶种，而术语“柱”适用于蓝宝石单晶。

术语

1 单晶蓝宝石晶种

2 板

4 平面

α 角度

D1 法线

L 生长方向

6 蓝宝石单晶

8 坯料

10 表镜

12 平面

14 边缘

16A 单晶蓝宝石棒

16B 单晶蓝宝石柱

16C 单晶蓝宝石柱

18A 蓝宝石单晶球

18B 蓝宝石单晶球

18C 蓝宝石单晶球

D2 法线

S 横截面

D3 生长方向

20 切割工具

22 单晶蓝宝石晶种

24 第一板

26 平面

28 蓝宝石单晶

30 模具

32 通道

34 平面

Claims

1.一种用于制造单晶蓝宝石晶种的方法，该单晶蓝宝石晶种(1)具有菱面体晶体结构，所述菱面体晶体结构限定了彼此垂直并且分别垂直于晶面

C(0001)和

的三个晶轴[A]、[C]和[M]，该单晶蓝宝石晶种(1)是由两个平面(4)界定的板(2)，所述两个平面(4)彼此平行且相隔一定距离延伸，该板(2)是从初始蓝宝石单晶获得的，所述初始蓝宝石单晶被切割，使得所述板(2)的所述晶轴[A]、[C]和[M]中的一个与所述板(2)的所述平面(4)的法线(D1)形成一角度(α)，所述角度(α)的值介于5°与85°之间。

2.一种用于制造单晶蓝宝石晶种的方法，该单晶蓝宝石晶种具有菱面体晶体结构，所述菱面体晶体结构限定了彼此垂直并且分别垂直于所述菱面体晶体结构的晶面

C(0001)和

的三个晶轴[A]、[C]和[M]，该单晶蓝宝石晶种是预先从初始蓝宝石单晶(18A)获得的单晶蓝宝石棒(16A)，所述初始蓝宝石单晶(18A)被切割，使得所述单晶蓝宝石棒(16A)的所述晶轴[A]、[C]和[M]中的一个与所述单晶蓝宝石棒(16A)的横截面(S)的法线(D2)形成一角度(α)，所述角度(α)的值介于5°与85°之间。

3.一种用于制造蓝宝石单晶(6；18B)的方法，该方法包括以下步骤：使氧化铝和/或蓝宝石在坩埚中熔化，然后使熔融的氧化铝和/或蓝宝石与通过执行根据权利要求1或2所述的方法获得的单晶蓝宝石晶种相接触，以便使熔融的氧化铝和/或蓝宝石沿生长方向逐渐结晶以形成所述蓝宝石单晶(6)。

4.一种用于制造单晶蓝宝石柱(16C)的方法，该单晶蓝宝石柱(16C)具有菱面体晶体结构，所述菱面体晶体结构限定了彼此垂直并且分别垂直于所述菱面体晶体结构的晶面

C(0001)和

的三个晶轴[A]、[C]和[M]，该方法包括以下步骤：借助于切割工具(20)在已经沿所述晶轴[A]或[M]和[C]中的一个生长的蓝宝石单晶球(18C)中沿与所述蓝宝石单晶球(18C)的生长晶轴形成一角度的方向进行钻进取芯，所述角度的值介于5°与85°之间。

5.一种用于制造通过在模具的顶部以熔融状态结晶而获得的蓝宝石单晶(28)的方法，该方法包括以下步骤：使氧化铝和/或蓝宝石在坩埚中熔化，然后使在所述模具(30)的通道(32)中的熔融的氧化铝和/或蓝宝石与预先获得的单晶蓝宝石晶种(22)相接触，以便使熔融的氧化铝和/或蓝宝石沿生长方向逐渐结晶以形成所述蓝宝石单晶(28)，所述单晶蓝宝石晶种(22)具有菱面体晶体结构，所述菱面体晶体结构限定了彼此垂直并且分别垂直于所述菱面体晶体结构的晶面

C(0001)和

的三个晶轴[A]、[C]和[M]，所述单晶蓝宝石晶种(22)是第一板(24)，所述第一板(24)由彼此平行且相隔一定距离延伸的两个平面(26)界定，所述晶轴[A]、[C]和[M]中的一个垂直于所述第一板(24)的平面(26)，所述第一板(24)相对于由所述模具(30)的所述通道(32)限定的平面的垂线(P)以一角度(α)倾斜，所述角度(α)的值介于5°与85°之间，由晶体生长产生的所述蓝宝石单晶是第二板，所述第二板由彼此平行且相隔一定距离延伸的两个平面(34)界定，所述第二板的晶轴[A]、[M]或[C]相对于所述第二板的所述平面(34)的法线具有取向偏移，该取向偏移对应于所述第一板(24)相对于所述模具(30)的所述通道(32)倾斜的所述角度(α)。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述晶轴[A]、[M]或[C]与所述板(2)的所述平面(4)的法线(D1)形成的角度的值介于25°与35°之间。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述晶轴[A]、[M]或[C]与所述板(2)的所述平面(4)的法线(D1)形成的角度的值介于5°与15°之间。

8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述晶轴[A]、[M]或[C]与所述单晶蓝宝石棒(16A)的横截面(S)的法线(D2)形成的角度的值介于25°与35°之间。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述晶轴[A]、[M]或[C]与所述单晶蓝宝石棒(16A)的横截面(S)的法线(D2)形成的角度的值介于5°与15°之间。

10.根据权利要求3至9中任一项所述的方法，其特征在于，用于制造蓝宝石单晶的所述方法选自导模法、热交换法、泡生法、提拉法、垂直布里奇曼法、水平布里奇曼法和微下拉法。

11.根据权利要求3至10中任一项所述的方法，其特征在于，熔融的氧化铝和/或蓝宝石是纯净的或掺杂的。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，使用蓝宝石碎片。

13.根据权利要求3至12中任一项所述的方法，其特征在于，一旦获得蓝宝石单晶，就在该蓝宝石单晶中切割用于钟表或珠宝的外部构件或功能构件。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述外部构件或所述功能构件为手表桥夹板、机板、表壳和表盘或手表链节。

15.一种单晶蓝宝石晶种(1)，该单晶蓝宝石晶种(1)具有菱面体晶体结构，所述菱面体晶体结构限定了彼此垂直并且分别垂直于所述菱面体晶体结构的晶面

C(0001)和

的三个晶轴[A]、[C]和[M]，该单晶蓝宝石晶种(1)是由两个平面(4)界定的板(2)，所述两个平面(4)彼此平行且相隔一定距离延伸，所述板(2)的所述晶轴[A]、[C]和[M]中的一个与所述板(2)的所述平面(4)的法线(D1)形成一角度(α)，所述角度(α)的值介于5°与85°之间。

16.一种单晶蓝宝石晶种，该单晶蓝宝石晶种具有菱面体晶体结构，所述菱面体晶体结构限定了彼此垂直并且分别垂直于所述菱面体晶体结构的晶面

C(0001)和

的三个晶轴[A]、[C]和[M]，该单晶蓝宝石晶种是单晶蓝宝石棒(16A)，该单晶蓝宝石棒(16A)的所述三个晶轴[A]、[C]或[M]中的一个与所述单晶蓝宝石棒(16A)的横截面(S)的法线(D2)形成一角度(α)，所述角度的值介于5°与85°之间。

17.一种表镜(10)的坯料(8)，该坯料(8)由两个面界定，所述两个面彼此相隔一定距离延伸并且其中至少一个面(12)是平面的，该坯料(8)由具有菱面体晶体结构的单晶蓝宝石制成，所述菱面体晶体结构限定了彼此垂直并且分别垂直于所述菱面体晶体结构的晶面

C(0001)和

的三个晶轴[A]、[C]和[M]，所述三个晶轴[A]、[C]或[M]中的一个与所述坯料的所述平面的法线形成一角度，所述角度的值介于5°与85°之间，使得所述晶轴[C]不包含在所述表镜(10)的坯料(8)的所述平面(12)内。

18.一种用于钟表和珠宝的外部构件和功能构件，其特征在于，在通过实施根据权利要求3至13中任一项所述的方法获得的蓝宝石单晶中切割所述外部构件和功能构件。

19.根据权利要求18所述的外部构件和功能构件，其特征在于，所述外部构件和功能构件包括手表桥夹板、机板、表镜、表壳、表盘或表链链节。