Ko te Sapphire he mea maro, he atete ki te kakahu me te kaha me te teitei o te pāmahana rewa, he matū whanui te koretake, me te whakaatu i nga ahuatanga whatu whakamere. Na reira, ka whakamahia te sapphire mo te maha o nga tono hangarau kei reira nga mara ahumahi matua he optics me te hikohiko. I enei ra ko te hautanga nui rawa atu o te hapira ahumahi ka whakamahia hei taputapu mo te whakangao LED me te semiconductor, whai muri ko te whakamahi hei matapihi mo nga mataaratanga, nga waahanga waea pūkoro, nga tohu tohu pae ranei, hei whakaingoa i etahi tauira [1]. I enei ra, he maha nga tikanga mo te whakatipu i nga tioata sapphire kotahi e waatea ana, ka kitea he tirohanga pai hei tauira i te [1, 2]. Heoi, ko nga tikanga tipu e toru te tukanga Kyropoulos (KY), te tikanga whakawhiti wera (HEM) me te tipu-whakaahua kiriata (EFG) kua tautuhia mo te neke atu i te 90 % o te kaha o te hanga hapaira o te ao.

Ko te nganatanga tuatahi mo te karaihe i hangaia i hangaia i te tau 1877 mo nga kiripiri iti kotahi [2]. I te tau 1926 ka hangaia te tukanga Kyropoulos. Ka mahi i roto i te korehau me te tuku ki te whakaputa i nga poro porotakaroa nui o te kounga teitei. Ko tetahi atu tikanga whakahiato mo te whakatipu hapaira ko te tipu-a-kiriata kua tautuhia ki te taha. Ko te tikanga EFG i ahu mai i te hongere kapi ka whakakiia ki te rewa-wai ka taea te tipu i nga kiripiri hapira ahua penei i nga rakau, ngongo, nga pepa ranei (e kiia ana ko nga riipene). He rereke ki enei tikanga ko te tikanga whakawhiti wera, i whanau i te mutunga o nga tau 1960's, ka taea te whakatipu i nga poua hapira nui ki roto i te miro miro ki te ahua o te parapara ma te tangohanga wera mai i raro. Na te mea ka piri te peera hapaira ki te parapara i te mutunga o te tipu, ka pakaru nga pire i te mahi whakamatao ka taea te whakamahi kotahi anake te ipu.
Ko tetahi o enei hangarau whakatipu karaihe sapphire he rite tonu ko nga waahanga matua - ina koa ko nga parapara - e hiahia ana ki nga konganuku whakawera teitei. I runga i te ahua o te tipu ka mahia nga crucibles ki te molybdenum, ki te tungsten ranei, engari ka whakamahia hoki nga konganuku mo nga whakamahana whakawera, nga kete mate me nga whakamarumaru wera-rohe [1]. Heoi, i roto i tenei pepa ka aro atu ta maatau korero ki nga kaupapa e pa ana ki te KY me te EFG mai i te mea ka whakamahia nga parapara kua pehia ki roto i enei mahi.
I roto i tenei purongo ka whakaatuhia he rangahau mo nga ahuatanga o nga rawa me nga tirotirohanga mo te whakamaaramatanga o te mata o nga mea kua pehia-a-tehia penei i te molybdenum (Mo), tungsten (W) me ona koranu (MoW). I te wahanga tuatahi ko ta matou arotahi kei runga i nga raraunga miihini teitei-nui me te ngawari ki te paahitanga whakawhiti pakaru. Hei taapiri atu ki nga taonga miihini kua rangahaua e matou nga ahuatanga-a-ahua-ahua, ara, te whakarea o te roha waiariki me te kawe werawera. I te waahanga tuarua ka whakaatuhia e matou he rangahau mo te tikanga whakamaarama o te mata hei whakapai ake i te parenga o nga parapara kua whakakiia ki te whakarewa alumina. I te wahanga tuatoru ka ripoatahia e matou mo nga inenga o nga koki makuku o te alumina wai i runga i nga konganuku whakaahuru i te 2100 °C. I mahia e matou he whakamatautau-whakarewa i runga i te koranu Mo, W me te MoW25 (75 wt.% molybdenum, 25 wt.% tungsten) me te ako i nga whakawhirinakitanga ki nga ahuatanga o te hau. Ko te hua mai i a maatau tirotirohanga ka tohehia e matou te MoW hei rauemi whakamere i roto i nga hangarau whakatipu hapaira me te mea he rereke pea ki te molybdenum parakore me te tungsten.
Nga taonga miihini me te wera-a-tinana teitei
Ko nga tikanga whakatipu karaihe sapphire KY me EFG ka mahi mo te neke atu i te 85 % o nga wahanga nui o te sapphire o te ao. I roto i nga tikanga e rua, ka whakanohoia te alumina wai ki roto i nga parapara kua pehia, he mea hanga ki te tungsten mo te tukanga KY me te molybdenum mo te tukanga EFG. Ko nga parapara he waahanga punaha nui mo enei mahinga tipu. Ko te whakaaro ki te whakaiti pea i nga utu o nga parapara tungsten i roto i te tukanga KY me te whakanui ake i te oranga o nga parapara molybdenum i roto i te mahi EFG, i hanga e matou, i whakamatauria ano hoki e rua nga koranu MoW, ara ko MoW30 kei roto 70 wt.% Mo me te 30 wt. % W me MoW50 kei roto 50 wt.% Mo me W ia.
Mo nga rangahau mo nga ahuatanga o nga rawa i hangaia e matou he ingots kua pehia-sintered o Mo, MoW30, MoW50 me W. Ko te Ripanga I e whakaatu ana i te kiato me te rahi o te witi e rite ana ki nga ahuatanga o nga rawa tuatahi.

Ripanga I: He whakarāpopototanga o ngā rauemi kua pehia-a-te-a-tinana i whakamahia mo te ine i runga i nga ahuatanga miihini me te wera-a-tinana. E whakaatu ana te ripanga i te kiato me te rahi o te witi toharite o nga ahuatanga tuatahi o nga rawa

Na te mea he roa te wa e pa ana nga parapara ki te wera nui, i whakahaerea e matou nga whakamatautau tensile otira ki te awhe-nui i waenga i te 1000 °C me te 2100 °C. Ko te Whakaahua 1 e whakapoto ana i enei hua mo Mo, MoW30, me MoW50 kei reira te 0.2 % te kaha tuku (Rp0.2) me te whakaroa ki te whati (A). Hei whakataurite, ka tohuhia he tohu raraunga o te W kua pehia ki te 2100 °C.
Mo te tungsten totoka-whakarewa pai i roto i te molybdenum e tika ana kia piki ake te Rp0.2 ki nga rauemi Mo parakore. Mo te pāmahana tae atu ki te 1800 °C ka whakaatu nga koranu MoW e rua neke atu i te 2 nga wa teitei ake o te Rp0.2 i to Mo, tirohia te Whakaahua 1(a). Mo te teitei ake o te pāmahana ko MoW50 anake e whakaatu ana i te pikinga ake o te Rp0.2. Ko te W kua pehia-sintered e whakaatu ana i te Rp0.2 teitei i te 2100 °C. Ko nga whakamatautau tensile e whakaatu ana i te A pera i te Whakaahua 1(b). Ko nga koranu MoW e rua e whakaatu ana i te roanga o nga uara whati ko te haurua o nga uara o Mo. Ko te ahua teitei o te A o te tungsten i te 2100 °C ka puta mai i te ahua pai ake o te hanganga ki a Mo.
Ki te whakatau i te ductile ki te pakarukaru whakawhiti pāmahana (DBTT) o te aki-sintered molybdenum koranu tungsten, hoki inenga i runga i te koki piko i whakahaeretia i ngā pāmahana whakamātautau. Ko nga hua e whakaatuhia ana i te Whakaahua 2. Ka piki ake te DBTT me te whakanui ake i te ihirangi tungsten. Ahakoa he iti te DBTT o Mo mo te 250 °C, ko nga koranu MoW30 me MoW50 e whakaatu ana i te DBTT tata ki te 450 °C me te 550 °C.

Hei taapiri mo te tohu miihini i ako ano matou i nga ahuatanga wera-ahu. Ko te whakarea o te roha wera (CTE) i inehia i roto i te dilatometer pana-rod [3] i roto i te awhe pāmahana tae atu ki te 1600 °C ma te whakamahi tauira Ø5 mm me te 25 mm te roa. Ko nga inenga CTE e whakaatuhia ana i te Whakaahua 3. Ko nga rawa katoa e whakaatu ana he rite tonu te whakawhirinaki o te CTE me te piki haere o te pāmahana. Ko nga uara CTE mo nga koranu MoW30 me te MoW50 kei waenga i nga uara o Mo me W. Na te mea ko te toenga o te porosity o nga mea kua pehia-sintered he kore hono me te iti o nga pores takitahi, ko te CTE kua whiwhi he rite ki nga rauemi teitei-nui penei i te pepa me te rakau [4].
Ko te kawe i te waiariki o nga rauemi kua pehia-sintered i whiwhihia ma te ine i te rereketanga o te waiariki me te wera motuhake o te tauira me te Ø12.7 mm me te 3.5 mm te matotoru ma te whakamahi i te tikanga laser flash [5, 6]. Mo nga rawa isotropic, penei i nga taonga kua pehia-a-te-a-te-a-te-waa, ka taea te ine i te wera motuhake me te tikanga ano. Kua tangohia nga inenga i te awhe mahana i waenga i te 25 °C me te 1000 °C. Hei tātai i te kawe werawera i whakamahia e matou hei taapiri i nga kiato rawa e whakaatuhia ana i te Ripanga I, me te tango i te kiato motuhake o te pāmahana. Ko te Whakaaturanga 4 e whakaatu ana i te hua o te kawe werawera mo te pehi-waihanga Mo, MoW30, MoW50 me W.

He iti ake i te 100 W/mK o nga koranu MoW mo nga pāmahana katoa i tirotirohia, he iti ake te whakataurite ki te molybdenum parakore me te tungsten. I tua atu, ka heke iho te kawe o Mo me te W me te piki haere o te pāmahana i te wa e tohu ana te kawe o te koranu MoW i te piki haere o nga uara me te piki haere o te pāmahana.
Ko te take o tenei rereketanga kaore ano kia whakatewhatewhahia i roto i tenei mahi, ka noho hei waahanga mo nga rangahau a meake nei. E mohiotia ana mo nga konganuku ko te waahanga nui o te kawe waiariki i te iti o te mahana ko te koha phonon i te teitei o te hau irahiko te nuinga o te kawe werawera [7]. Ka pangia nga waea ki nga ngoikoretanga me nga koha. Heoi, ko te pikinga ake o te werawera i roto i te awhe pāmahana iti ka kitea ehara i te mea mo nga koranu MoW engari mo etahi atu rauemi otinga totoka penei i te tungsten-rhenium [8], he mea nui te takoha irahiko.
Ko te whakatairite o nga taonga miihini me te wera-a-tinana e whakaatu ana he mea whakamere te MoW mo nga tono sapphire. Mo te pāmahana teitei> 2000 °C te kaha tuku he teitei ake i te molybdenum me te roa ake o te oranga o nga parapara ka taea. Heoi, ka pakarukaru ake te papanga me te whakatikatika i te miihini me te whakahaere. Ko te tino whakahekenga o te kawe wera o te MoW kua pehia-sintered e whakaatuhia ana i te Whakaahua 4 e tohu ana tera pea e tika ana nga tawhā whakamahana me te whakamatao o te oumu tipu. Otirā i roto i te wahanga whakamahana, me rewa te alumina ki roto i te parapara, ka kawea te wera ma te para ki tana rawa whakakī. Me whai whakaaro te hekenga o te waiariki o te MoW kia kore ai e nui te ahotea o te waiariki i roto i te ipu. He mea whakamere te awhe o nga uara CTE o nga koranu MoW i roto i te horopaki o te tikanga whakatipu tioata HEM. I korerohia i roto i te tohutoro [9] ko te CTE o Mo kei te hanga i te awhi o te hapira i te wahanga whakamatao. No reira, ko te iti o te CTE o te koranu MoW te mea matua ki te mohio ki te whakamahi ano i nga parapara miro mo te mahi HEM.
Te whakamahana mata o nga konganuku whakaahuru kua pehia
Ka rite ki te korero i roto i te kupu whakataki, he maha nga wa e whakamahia ai nga parapara kua pehia ki roto i nga tukanga tipu karaihe sapphire hei whakamahana me te pupuri i te whakarewa o te alumina ki runga ake i te 2050 °C. Ko tetahi whakaritenga nui mo te kounga o te karaihe hapaira whakamutunga ko te pupuri i nga poke me nga mirumiru hau i roto i te rewa kia iti rawa. He porosity te toenga o nga waahanga kua pehia-sintered me te whakaatu i te hanganga pai. Ko tenei hanganga kakano pai me te porosity kati he pakarukaru ki te whakarei ake i te pirau o te konganuku ina koa na te rewa waikura. Ko tetahi atu raruraru mo nga tioata sapphire ko nga mirumiru hau iti kei roto i te rewa. Ko te hanga o nga mirumiru hau ka whakanuia e te piki haere o te taratara o te mata o te wahanga whakaahuru e pa ana ki te rewa.

Hei whakaea i enei take o nga rawa kua pehia-a-te-a-ringa ka whakamahia e matou he maimoatanga mata miihini. I whakamatauria e matou te tikanga me te taputapu pehi kei te mahi tetahi taputapu uku i te mata i raro i te pehanga kua tautuhia o tetahi waahanga kua pehia-sintered [10]. Ko te ahotea whai hua ki runga i te mata he rerekee i runga i te mata whakapiri o te taputapu uku i roto i tenei whakamahana mata. Ma tenei maimoatanga ka taea te whakamahi i te ahotea nui ki runga i te mata o nga mea kua pehia-sintered me te mata o nga rawa kua pakaru te kirihou. Ko te Whakaahua 5 e whakaatu ana i tetahi tauira o te tauira molybdenum kua pehia-sintered i mahia ki tenei tikanga.
Ko te ahua 6 e whakaatu ana i te kounga o te ti'aturitanga o te ahotea totika whai hua ki te pehanga taputapu. I ahu mai nga raraunga mai i nga inenga o nga tohu pateko o te taputapu i roto i te molybdenum kua pehia. Ko te raina e tohu ana i te pai ki nga raraunga e ai ki ta maatau tauira.

Ko te Whakaaturanga 7 e whakaatu ana i nga hua tātari kua whakarāpopotohia mo te inenga taratara o te mata me te ine pakeke o te mata hei mahi o te pehanga taputapu mo nga momo taonga kua pehia-waahanga hei kopae. Ka rite ki te Whakaaturanga 7(a) ka puta te maimoatanga i te whakapakeke o te mata. Ko te pakeke o nga taonga e rua kua whakamatauria a Mo me MoW30 ka piki ake ma te 150 %. Mo nga pehanga taputapu teitei kaore e piki ake te pakeke. Ko te Whakaahua 7(b) e whakaatu ana ka taea nga papanga tino maeneene me te Ra iti iho i te 0.1 μm mo Mo. Mo te piki ake o nga pehanga taputapu ka piki ano te taratara o Mo. Na te mea he mea uaua ake te MoW30 (me te W) i a Mo, ko nga uara Ra o MoW30 me te W i te nuinga o te waa 2-3 nga wa teitei ake i te Mo. Hei whakahē ki a Mo, ka heke te taratara o te mata o W ma te whakamahi i nga pehanga taputapu teitei ake i roto i te awhe tawhā whakamatauria.
Ko ta maatau rangahau irahiko moroiti (SEM) mo nga mata kua whakaritea e whakau ana i nga raraunga o te taratara o te mata, tirohia te Whakaahua 7(b). E whakaatuhia ana i te Whakaahua 8(a), otira ko nga pehanga taputapu teitei ka paheke te mata o te witi me te moroiti. Ko te whakamaarama i te ahotea teitei o te mata ka taea te tango i te witi mai i te mata, tirohia te Whakaahua 8(b). He rite ano nga paanga ka kitea mo te MoW me te W i etahi tawhā miihini.
Hei ako i te paanga o te tikanga whakamaarama mata mo te hanganga witi o te mata me ona ahuatanga o te pāmahana, i whakareri matou i nga tauira whakamaarama mai i nga kopae whakamatautau e toru o Mo, MoW30 me W.

I tukinotia nga tauira mo nga haora 2 i nga pāmahana whakamatautau rereke i roto i te awhe 800 °C ki te 2000 °C me nga waahanga moroiti kua rite mo te tātaritanga moroiti marama.
Ko te Whakaahua 9 e whakaatu ana i nga tauira moroiti o te molybdenum kua pehia. Ko te ahua tuatahi o te mata kua oti te rongoa kua whakaatuhia ki te Whakaahua 9(a). E whakaatu ana te mata i te paparanga tata ki roto i te awhe tata ki te 200 μm. Kei raro iho i tenei paparanga ka kitea he anga angamaheni me nga pores sintering, ko te porosity toenga he 5%. Ko te porosity toenga i whanganga i roto i te paparanga mata kei raro rawa i te 1%. Ko te ahua 9(b) e whakaatu ana i te hanganga witi i muri i te whakapouri mo te 2 haora i te 1700 °C. Kua piki ake te matotoru o te paparanga mata matotoru me nga kakano he nui ake i nga kakano i roto i te rōrahi kaore i whakarereketia e te whakamahana mata. Ka whai hua tenei paparanga tino kikokore ki te whakapai ake i te parenga ngokingoki o nga rawa.
Kua rangahauhia e matou te whakamaaramatanga o te paparanga mata e pa ana ki te matotoru me te rahi o te witi mo nga momo pehanga taputapu. Ko te Whakaahua 10 e whakaatu ana i nga tauira tohu mo te matotoru paparanga mata mo Mo me MoW30. E whakaatu ana i te Whakaahua 10(a) ka whakawhirinaki te matotoru paparanga mata tuatahi ki te tatūnga taputapu miihini. I te paemahana annealing i runga ake i te 800 °C ka piki ake te matotoru o te paparanga mata o Mo. I te 2000 °C ka tae te matotoru paparanga ki nga uara o te 0.3 ki te 0.7 mm. Mo te MoW30 ka taea anake te kite i te pikinga o te matotoru paparanga mata mo nga mahana i runga ake i te 1500 °C pera i te Whakaaturanga 10(b). Heoi i te 2000 °C he tino rite te matotoru paparanga o MoW30 ki a Mo.

Pērā i te tātaritanga mātotoru o te paparanga mata, e whakaatu ana te Whakaahua 11 i te rahi o te rahi o te witi mo te Mo me te MoW30 i whanganga i te paparanga mata hei mahi o te mahana whakaeneene. Ka taea te whakatau mai i nga whika, ko te rahi o te witi – kei roto i te inenga koretake – motuhake mai i te tatūnga tawhā tono. Ko te tipu o te rahi o te witi e tohu ana i te tipu o te witi rereke o te paparanga mata na te rerekeetanga o te waahi mata. Ka tipu nga karepe molybdenum i nga wera whakamatautau i runga ake i te 1100 °C me te rahi o te witi ka tata ki te 3 nga wa nui atu i te 2000 °C ka whakaritea ki te rahi o te witi tuatahi. Ka timata te tipu o nga kakano MoW30 o te papa whakamahana mata ki runga ake i te mahana o te 1500 °C. I te pāmahana whakamatautau o 2000 °C te rahi o te witi toharite e 2 nga wa o te rahi o te witi tuatahi.
Hei whakarāpopototanga, e whakaatu ana a maatau rangahau mo te tikanga whakamaarama mata e tika ana mo nga koranu molybdenum tungsten kua pehia. Ma te whakamahi i tenei tikanga, ka taea te whiwhi i nga papa kua piki ake te pakeke me nga papa maeneene me te Ra kei raro iho i te 0.5 μm. He tino painga te taonga o muri mo te whakaheke mirumiru hau. Ko te porosity toenga i te paparanga mata he tata ki te kore. Ko nga rangahau mo te whakahiato me te moroiti e whakaatu ana ka taea te whiwhi i tetahi paparanga mata tino mato me te 500 μm te matotoru. Ma tenei ka taea e te tawhā miihini te whakahaere i te matotoru paparanga. I te wa e tukuna ana nga mea whakamaarama ki nga pāmahana teitei pera i te nuinga o te waa ki te whakatipu hapaira, ka huri te paparanga mata ki te kakano me te rahi o te witi 2-3 whakarea te rahi ake i te kore mahi miihini. Ko te rahi o te witi i roto i te paparanga mata he motuhake i nga tawhā miihini. Ka tino whakahekehia te maha o nga rohe o te witi i runga i te mata. Ma tenei ka piki ake te parenga ki te whakamaaramatanga o nga huānga ki nga rohe o te witi, ka iti ake te whakaeke rewa. I tua atu, ka pai ake te kaha o te ngako o te werawera o nga koranu tungsten molybdenum kua pehia.

Ko nga rangahau makuku o te konumohe wai i runga i nga konganuku whakaahuru
Ko te makuku o te alumina wai i runga i te molybdenum me te tungsten he mea tino nui ki te umanga hapira. Otirā mo te tukanga EFG ko te whanonga makuku alumina i roto i nga capillaries mokihi-mate e whakatau ana i te tere o te tipu o nga rakau hapaira, riipene ranei. Kia mohio ai matou ki te awenga o nga rawa kua tohua, te taratara o te mata, te kawa whakahaere ranei i mahia e matou nga inenga koki makuku [11].
Mo nga inenga makuku, ko nga taputapu whakamatautau he 1 x 5 x 40 mm³ te rahi i mahia mai i nga rauemi rau Mo, MoW25 me W. Ma te tuku i nga hiko hiko nui i roto i te tïpako rau whakarewa ka taea te rewa o te konumohe 2050 °C i roto i te hawhe meneti. Mo nga ine ine koki ka tukuna nga matūriki alumina iti ki runga ake o nga tauira pepa, ka mutu

ka rewa ki roto ki nga pata. I tuhia e te punaha atahanga aunoa te topata rewa e whakaatuhia ana hei tauira i te Whakaahua 12. Ka taea e ia whakamatautau-whakarewa te ine i te koki makuku ma te wetewete i te ahua o te topata, tirohia te Whakaahua 12(a), me te rarangi turanga o te tïpako i muri tata tonu i te whakaweto i te te naianei whakawera, tirohia te Whakaahua 12(b).
I whakahaerehia e matou nga inenga koki makuku mo nga ahuatanga rerekee e rua, te korehau i te 10-5mbar me te argon i te pehanga 900 mbar. I tua atu, e rua nga momo mata i whakamatauria, ara ko nga mata taratara me te Ra ~ 1 μm me nga papa maeneene me te Ra ~ 0.1 μm.
Ko te Ripanga II e whakapoto ana i nga hua o nga inenga katoa ki nga koki makuku mo Mo, MoW25 me W mo nga mata maeneene. I te nuinga o te waa, ko te koki makuku o Mo he mea iti rawa atu ki era atu rawa. Ko te tikanga ko te whakarewa alumina e makuku ana i a Mo te mea pai ki te tikanga whakatipu EFG. He tino iti iho nga koki makuku mo te argon i nga koki mo te korehau. Mo nga papa papaa taratara ka kitea e matou he koki makuku he iti. Ko enei uara he 2° te iti iho i nga koki i homai i te Ripanga II. Heoi, na te koretake o te ine, karekau he rereketanga koki nui i waenga i nga papa maeneene me nga papa taratara ka taea te ripoata.

I ine ano matou i nga koki makuku mo etahi atu taumahatanga o te hau, ara ko nga uara kei waenga i te 10-5 mbar me te 900 mbar. Ko te tātaritanga tuatahi e whakaatu ana mo nga taumahatanga i waenga i te 10-5 mbar me te 1 mbar kaore te anahera maku e huri. I runga ake i te 1 mbar ka iti iho te koki makuku i te kitenga i te 900 mbar argon (Ripanga II). I tua atu i te ahua o te hau, ko tetahi atu take nui mo te makuku o te rewa konumohe ko te pehanga wahanga o te hāora. E ai ki o maatau whakamatautau ka puta nga taunekeneke matū i waenga i te whakarewa me nga taputapu whakarewa i roto i te roanga inenga katoa (te nuinga o te 1 meneti). E whakapae ana matou ka memeha nga tukanga o nga ngota ngota Al2O3 ki etahi atu wae hāora e pahekoheko ana ki te rauemi tïpako e tata ana ki te rewa rewa. Kei te haere tonu etahi atu rangahau i tenei wa ki te whakatewhatewha i nga korero mo te paheketanga o te koki makuku me nga mahi matū o te whakarewa me nga konganuku whakaahuru.