蓝宝石晶体的主要原料
蓝宝石的主要成分
蓝宝石的主要成分
蓝宝石的主要成分：
（1）氧化铝：是蓝宝石的主要成分，占蓝宝石总重量的60％以上。
它以六方晶体形式出现，无色透明。
（2）少量氧化铝（Al_2O_3）：主要含量在0.2％ - 0.4％，可能是通过补充少量钛或铌来获得的，它们形成了空孔结晶结构，某些孔也被四氧化铌等杂质填充而形成真空空位。
（3）银铝石酸盐（KCr_2O_4）：含量为0.1％-3.5％。
其中铝和铍的含量会影响宝石的颜色，当含量越高时，会使宝石的颜色变得更蓝。
（4）氧化钛（TiO_2）：是蓝宝石的一种次要成分，含量一般不超过1.0％，有时可以看到对蓝宝石的颜色有穿行效果。
（5）氧化钠（Na_2O）：少量存在，以丁酸钠和单水钠矿作为溶剂。
（6）氧化锰（MnO_2）：是一种罕见的成分，可以使蓝宝石获得增暖的色调，甚至混合成蓝紫色。
（7）氧化钒（V_2O_5）：只有少量存在，对宝石的颜色没有明显影
响，但可以提高宝石的颜色饱和度。
（8）三氧化硅（SiO_2）：是蓝宝石的一种次要成分，一般不超过0.5％，有时它们可以通过内充水以及其他衍生物混入到结晶种子中，因而影响宝石的颜色。
（9）氧化镁（MgO）：也是一种次要成分，含量一般较低，少于1.0％，其成分混合物如膨胀剂、锰酸盐和钒酸盐会影响蓝宝石颜色的一般蓝色调性。
（10）其他：还有斜长石、氧化钡、氧化锆等更为罕见的成分，但他们的代谢和影响比较小。
蓝宝石衬底简介
外延部 2010-12-16
一.LED蓝宝石简介
蓝宝石的组成为氧化铝(Al2O3)，是由三个氧原子和两 个铝原子以共价键型式结合而成，其晶体结构为六方晶格 结构.。具有耐高温、抗腐蚀、高硬度、熔点高（2045℃） 等特点。 目前超高亮度白/蓝光LED的品质取决于氮化镓磊晶 (GaN)的材料品质，而氮化镓磊晶品质则与所使用的蓝宝 石基板表面加工品质息息相关，蓝宝石(单晶Al2O3 )C面与 Ⅲ-Ⅴ和Ⅱ-Ⅵ族沉积薄膜之间的晶格常数失配率小，同时 符合GaN 磊晶制程中耐高温的要求，使得蓝宝石晶片成为 制作白/蓝/绿光LED的关键材料.
<10 μ m
0.20°±0.05
50.8± 0.05mm
16.0± 1mm
0°±0. 25°
<0.2nm
0.8～ 1.2μ m
科 瑞
430±15 μ m
<10 μ m
<10 μ m
<10 μ m
<10 μ m
0.20°±0.1
50.8± 0.1mm
16.0± ;0.2nm
0.5～ 1.0μ m
晶 美
430±15 μ m
<10 μ m
<10 μ m
<10 μ m
<15 μ m
0.20°±0.1
50.8± 0.25mm
16.0± 1.0mm
0°±0. 25°
<1nm
0.8～ 1.3μ m
谢 谢！
晶棒
机械加工
基片
定向:在切片机上准确定位蓝宝石晶棒的位置,以便于精准切片加工 切片:将蓝宝石晶棒切成薄薄的晶片 研磨:去除切片时造成的晶片切割损伤层及改善晶片的平坦度 倒角:将晶片边缘修整成圆弧状,改善薄片边缘的机械强度,避免应力集中造成缺陷 抛光:改善晶片粗糙度,使其表面达到外延片磊晶级的精度 清洗:清除晶片表面的污染物(如:微尘颗粒,金属,有机玷污物等) 品检:以高精密检测仪器检验晶片品质(平坦度,表面微尘颗粒等),以合乎客户要求
蓝宝石特性
蓝宝石晶体
蓝宝石（Sapphire）晶体——最硬的氧化物晶体，是氧化铝（Al2O3）最基本的单晶形态。
它具有高
强度、高硬度，耐高温、耐磨擦、耐腐蚀，透光性能好、电绝缘性能优良等一系列优良的理化特性。
因此，可广泛用于国防、科研、民用工业等各种要求苛刻的领域。
·Sapphire主要特点及应用：
1. 耐磨、高硬度，耐腐蚀，磨擦系数小，是精密仪表机械轴承的理想材料；
2. 耐磨、高硬度，耐腐蚀，透光性能优良，因此也是高级手表首选的表盖材料；
3. 高强度、耐腐蚀、高热导率、高热导率、高透光特性及宽透光波段（从近紫外到7um中红外波段），是理想的窗口材料和光学元件材料；
4. 电绝缘性能优良，六方对称结构，化学性能稳定，是极好的半导体、超导衬底材料（漏电容和寄生电容小）；
5. 蓝宝石C面与Ⅲ-Ⅴ和Ⅱ-Ⅵ族沉积薄膜之间的晶格常数失配率小（与GaN之间失配率小于4％），因此，是目前GaN 蓝光LED与LD最主要的外延基片材料。
·Sapphire晶体基本特性：。
蓝宝石长晶炉工作原理
蓝宝石长晶炉工作原理蓝宝石长晶炉是一种用于合成蓝宝石晶体的设备。
蓝宝石是一种非常珍贵的宝石，具有美丽的蓝色和高硬度。
它在珠宝制作、光学仪器和电子设备等领域有着广泛的应用。
而蓝宝石长晶炉就是通过特定的工作原理来合成蓝宝石晶体的装置。
蓝宝石长晶炉的工作原理可以分为以下几个步骤：第一步是原料准备。
蓝宝石晶体的合成原料主要是氧化铝和少量的氧化铬。
这些原料需要经过精细的处理和混合，以确保合成出的蓝宝石晶体具有高纯度和理想的颜色。
第二步是炉体装配。
蓝宝石长晶炉由炉体、电热丝和温度控制系统等组成。
炉体通常采用石英材料制成，因为石英具有良好的耐高温性能和化学稳定性。
第三步是炉体预热。
在合成蓝宝石晶体之前，需要将炉体进行预热，以确保温度的稳定和均匀。
预热的温度通常比合成过程中所需的温度低一些，以避免炉体受到过大的热冲击。
第四步是充填原料。
经过预热的炉体需要在一定条件下进行充填原料。
充填原料的过程需要保持炉体的密封性，避免气体的泄漏。
充填原料的质量和均匀性对蓝宝石晶体的品质有着重要的影响。
第五步是加热和保温。
在充填原料后，蓝宝石长晶炉开始进行加热和保温。
加热过程需要控制加热速率和温度梯度，以避免晶体生长过快或过慢。
保温的目的是使晶体在合成过程中保持稳定的温度和压力条件。
第六步是晶体生长。
在加热和保温过程中，蓝宝石晶体开始逐渐生长。
晶体生长的速度和方向受到多种因素的影响，包括温度、压力、原料浓度和炉体结构等。
蓝宝石晶体的生长速度通常较慢，需要经过长时间的持续生长。
第七步是冷却和取出。
当蓝宝石晶体生长到所需的尺寸后，需要进行冷却和取出。
冷却的速度和温度梯度也需要进行控制，以避免晶体的热应力和裂纹。
取出晶体后，还需要进行后续的加工和打磨，以获得光滑和透明的蓝宝石晶体。
蓝宝石长晶炉的工作原理是一个复杂的过程，需要精确的温度控制、原料处理和炉体设计等方面的技术。
通过合理的工艺参数和操作方法，可以获得高质量的蓝宝石晶体。
蓝宝石长晶炉的应用不仅推动了珠宝和光学仪器等领域的发展，也为科研机构和生产企业提供了重要的实验设备。
蓝宝石特性
1.2 蓝宝石晶体成分与一般性质蓝宝石晶体是纯净氧化铝最基本的单晶形态。
化学成分是三氧化二铝(A12O3),晶型为α- A12O3，分子量为101.9612，在20℃时的密度为3.98克/毫升。
蓝宝石的化学性能非常稳定，一般不溶于水和酸、碱腐蚀，只有在高温下（300℃以上）可被氢氟酸（HF）、磷酸（H3PO4）和熔化的氢氧化钾（KOH）所腐蚀。
蓝宝石的硬度很高，仅次于金刚石。
它具有很好的透光性、热传导性和电气绝缘性，力学性能也很好。
蓝宝石的熔点为2050℃，沸点为3500℃，最高工作温度约1900℃。
1.3蓝宝石的晶体结构蓝宝石晶体（α- A12O3）是一种简单配位型氧化物晶体，属六方晶系，其晶格常数为：a=b=0.4785nm，c=1.2991nm，α=β=90°,γ= 120°[6] ,蓝宝石C面与Ⅲ-Ⅴ和Ⅱ-Ⅵ族沉积薄膜之间的晶格常数失配率小（与GaN之间失配率小于4％）蓝宝石晶体不同取向面的图形如下：2图1：蓝宝石晶体结构侧面图[7]图2：蓝宝石晶体切面图[8]图3：A12O3的分子结构图[7]图4：蓝宝石晶体结构上视图[7]3图5：蓝宝石结晶面示意图[8]在蓝宝石的应用上，有三个方向面是较为重要的。
即C面——（0001）面，r面——（1-102）和a面——（10-10），图5表示出了蓝宝石晶体结构的表示法及重要的方向。
下表表示蓝宝石晶体的一些物理性质：表1 氧化铝(Al2O3)特性表分子式Al2O3密度 3.95-4.1 g/cm3晶体结构六方晶格晶格常数 a =4.758Å , c =12.991Å单位晶胞中的分子数 2莫氏硬度9 (仅次于钻石:10)熔点2050 ℃沸点3500 ℃热膨胀系数 5.8×10-6 /K比热0.418 W.s/g/k热导率25.12 W/m/k (@ 100℃)折射率no =1.768 ne =1.760dn/dt 13x10 -6 /K(@633nm)透光特性T≈80% (0.3～5μm)介电常数11.5(∥c), 9.3(⊥c)1.4 蓝宝石晶体的重要性质1.4.1 蓝宝石的热学性质1.4.1.1蓝宝石的热膨胀系数蓝宝石的热膨胀性能具有各向异性的特点，其热膨胀系数随温度的变化如下： 4图6：蓝宝石晶体热膨胀系数与温度之间的关系[9]从图中可以看出，无论平行于C方向还是垂直于C方向，它的热膨胀系数都不太大，相差也较小。
蓝宝石晶体材料用途
蓝宝石晶体材料用途蓝宝石晶体材料（Sapphire Crystal）是一种由铝氧化物（Al2O3）组成的宝石晶体材料。
它因其出色的物理和化学特性而被广泛应用于各个领域。
蓝宝石晶体材料在光学领域有着重要的用途。
由于蓝宝石晶体材料具有优异的透明性和折射率，可以用于制造高质量的光学器件，如镜片、透镜和光学窗口。
它的高折射率使其在激光技术中得到广泛应用，可以制造激光器的输出窗口和腔体。
此外，蓝宝石晶体材料还可以用于制造光纤连接器和激光照明系统。
蓝宝石晶体材料在电子领域也具有重要的用途。
它具有良好的电绝缘性能和高耐热性，可以用于制造高温电子器件。
蓝宝石晶体材料可以作为电子元器件的衬底，如集成电路的基板和功率半导体器件的散热基板。
同时，由于蓝宝石晶体材料的电子结构稳定，可以用于制造高性能的电子显示屏和LED器件。
蓝宝石晶体材料在航空航天领域也具有重要的应用。
由于其高硬度和抗腐蚀性，蓝宝石晶体材料可以用于制造飞行器的窗户和舷窗，以保证航空器的安全性和可靠性。
同时，蓝宝石晶体材料还可以用于制造航天器的光学仪器和传感器，以实现高精度的观测和测量。
蓝宝石晶体材料还在医疗领域有着广泛的应用。
由于其生物相容性和耐腐蚀性，蓝宝石晶体材料可以制造医疗器械和手术工具，如手术刀片和牙科器械。
另外，蓝宝石晶体材料还可以用于制造人工关节和骨科植入物，以实现骨折和关节疾病的修复和治疗。
除此之外，蓝宝石晶体材料还在化学和石油领域有着广泛的应用。
由于其耐高温性和耐腐蚀性，蓝宝石晶体材料可以用于制造化学反应容器和石油钻探设备，以实现高效安全的化学反应和石油开采。
蓝宝石晶体材料具有广泛的应用前景。
它在光学、电子、航空航天、医疗和化学领域都发挥着重要的作用。
随着科学技术的不断发展，蓝宝石晶体材料的应用将会越来越广泛，为各个领域的发展做出更大的贡献。
蓝宝石晶体简介演示
02
蓝宝石晶体的制备技术
晶体生长原理和度、浓度等条件，使溶质分 子或离子在溶液中有序排列，逐渐形成晶体的过程。
常见晶体生长方法
常用的晶体生长方法包括水溶液法、气相法、熔融法等。对 于蓝宝石晶体的制备，常采用高温高压下的熔融法。
蓝宝石晶体的制备工艺
原料准备
应用领域
当前蓝宝石晶体主要应用 于LED衬底、手机屏幕、 手表表镜、医疗器械等领 域。
蓝宝石晶体市场的发展驱动因素
技术进步
01
随着技术的不断进步，蓝宝石晶体的生产效率不断提高，成本
不断下降，为其在更多领域的应用提供了可能。
环保政策
02
传统材料的环境污染问题越来越受到关注，而蓝宝石晶体作为
一种环保材料，其市场需求将会持续增长。
蓝宝石晶体具有高硬度、高耐磨性、高 透光率、优异的化学稳定性和机械强度 等特点，被广泛应用于航空航天、军事 、电子等领域的高性能窗口。
VS
光学透镜
蓝宝石晶体优异的光学性能，使其可以制 造出高质量的光学透镜，如相机镜头、望 远镜等。
蓝宝石晶体在手表和珠宝领域的应用
表镜材料
蓝宝石晶体作为手表表镜材料，具有高硬度 、高耐磨性、高透光率等特点，不易划伤， 能够保持手表的长期清晰度和美观度。
珠宝饰品
蓝宝石晶体独特的蓝色调和优异的物理性能 ，使其被广泛应用于珠宝饰品的制造，如蓝 宝石项链、耳环、戒指等。
蓝宝石晶体在其他领域的应用
1 2 3
电子领域
蓝宝石晶体可用于制造高压电容器、高频振荡器 、微波器件等电子元件，以及集成电路基板等。
医疗领域
蓝宝石晶体生物相容性好，可用于制造医疗器械 、人工关节等医疗领域。此外，蓝宝石晶体还可 应用于医疗激光器的制造。
蓝宝石主要成分
美丽的六射星光，被称为"星光蓝宝石"。
慢慢游荡回来,我就一直困惑,七夕必须找人要过么
蓝宝石可以分为蓝色蓝宝石和艳色（非蓝 色）蓝宝石。颜伤害，有"帝 王石"之称。国际宝石界把蓝宝石定为"九月诞生
石"，象征慈爱、忠诚和坚贞。蓝宝石是世界五 大珍贵高档宝石之一。
蓝宝石的化学成分为三氧化二铝（Al2O3）， 因含微量元素钛（Ti4+）或铁（Fe2+）而呈蓝色。 属三方晶系。晶体形态常呈筒状、短柱状、板状 等，几何体多为粒状或致密块状。透明至半透明， 玻璃光泽。
蓝宝石原石
折光率 1.76-1.77，双折射率 0.008，二色 性强。非均质体。有时具有特殊的光学效应-星 光效应。硬度为 9，密度 3.95-4.1 克/立方厘米。 无解理，裂理发育。在一定的条件下，可以产生
蓝宝石与相似蓝色宝石、合成蓝色宝石的区 别。与其相似的蓝色宝石有蓝色尖晶石、蓝色碧 玺、蓝锆石、蓝锥矿、蓝晶石、堇青石等。与其
慢慢游荡回来,我就一直困惑,七夕必须找人要过么
相似的合成宝石有合成蓝宝石、合成尖晶石、含 钴蓝玻璃。蓝色尖
未加工蓝宝石
晶石：颜色均一，微带灰色，晶体呈八面体， 均质体，无二色性。蓝色碧玺：颜色为带绿蓝色，
的靛蓝色，颜色鲜艳，属优质蓝宝石。斯里兰卡、 泰国、中国、澳大利亚产的蓝宝石也各具特色。 蓝宝石具有脆性，佩带时应避免摔打、磕碰。
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晶体为复三方柱状，硬度、密度、折光率都较蓝 宝石低，二色性极明显，双折射率大。蓝锆石： 经加热处理的锆石，颜色鲜艳，色散强，双折射 率高。合成蓝宝石：颜色均一，洁净，包裹体稀 少，有圆气泡，均质体。
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3.蓝宝石的需求实例
2008-2011全球蓝宝石衬底年用量（单位：万片）
10000 9000 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 2008 2009 2010 折线图 1 2011
2008年蓝宝石衬底用量仅200万片； 2009年下半年，蓝宝石衬底的月用 量有150万片，全年用量在1600万片 左右；
LED
长晶后晶体
掏棒后的晶棒
蓝宝石衬底基片
LED产品
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晶粒
三、蓝宝石的主要用途
1
用于半导体照明产业
2
用于民用航天、军工等
3
蓝宝石晶体在民用领域的应用
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1.蓝宝石用于半导体照明产业
特点及优势
目前能用于商品化的衬底 只有两种，即蓝宝石和碳 化硅衬底。目前全球 80%LED企业采用蓝宝石 衬底，其原因是碳化硅价 格昂贵。
直接水解法： 铝跟水直接反应生成氢氧化铝，水 3
解过程在全密闭有机内衬环境中进行，不添加任何 催化剂。
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高纯氧化铝生产方法的比较
三种方法的比较
比较
方法
优点 工艺较为简单， 成本相对较低。 无污染， 工艺较为简单。 纯度高，粒径小。 反应温和，无污染， 成本相对较低。
缺点 金属离子以及卤素元素难以 去除，纯度只能达到4N，且 生产周期长，污染环境。 金属离子以及卤素元素难以 去除，纯度只能达到4N，增 加了生产周期。 工艺复杂，生产成本高。 无法做出高纯的产品。
2013年：在日本和加拿大生效；
澳大利亚 2011年
2014年：在美国生效； 2017年：在中国生效。
六、蓝宝石在半导体照明产业的应用
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LED在照明方面的需求实例
1998年手机开始使用高亮 度LED作为手机显示屏的背 光源； 2010年手机市场对于LED 的需求量有76.8亿颗。
5N高纯氧化铝 —蓝宝石长晶原料
公司名称：宣城晶瑞新材料有限公司 杭州万景新材料有限公司 地 址：宣城宣州经济开发区北区
目录
蓝宝石的介绍 蓝宝石LED产业链结构 蓝宝石晶体的主要用途 蓝宝石晶体的主要原料及其生产方法 宣城晶瑞生产5N高纯氧化铝的方法及优势
一、蓝宝石的介绍
蓝宝石(Sapphire)是一
2010年，蓝宝石的用量达到4400万 片左右；
预计2011年全年的蓝宝石衬底用量 在9000万片左右。
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二、蓝宝石LED的产业结构
高纯氧化铝
晶棒
基片
金 属 蒸 镀 → 光 刻→ 电 极 制 作 → 切 割
封装
晶粒
固 晶 → 打 线 → 注 塑 封 装 → 剪 脚→ 测 试
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日本在1998年就制定了 “21世纪光计划”
欧盟从2000年7月，实 施了“彩虹计划”，在 此基础上，与2004年7 月又启动了“固态照明 研究项目”，成立了 “欧盟光电产业联盟”。
韩国在2000年制定了 “氮化镓半导体开发 计划”，成立了光产 业振兴会。
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LED是新一代光 源，被公认为 是21世纪最具 发展前景的高 技术领域。目 前，世界各个 主要国家和地 区纷纷制定LED 技术与产业发 展计划。
生产蓝宝石晶体主要原 料为5N高纯氧化铝。 氧化铝原料纯度是最 重要的参数，纯度5N 的原料和4N6的长晶 原理上说自然是杂质 要少，可以减少一定 的位错密度和显色等。
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高纯氧化铝的生产方法
目前国内生产高纯氧化铝的主流技术
1 多重结晶法：硫酸铝铵热解法和碳酸铝铵热解法
2
醇盐水解法：异丙醇铝法和胆碱法
五、全球照明政策
俄罗斯
加拿大2013年 英国 2012年
中国 2017
法国2012年
美国2014年
在各国LED照明政策的推动下，白炽 灯的淘汰已经在进行。白炽灯禁用法 律已经在全球开始实行。
日本2013年
2011年：阿根廷、澳大利亚、新西 兰、法国、意大利和菲律宾生效；
2012年：英国、芬兰、荷兰生效；
军用光电设备， 如：光电吊舱 、 光电跟踪仪、红 外警戒系统 、潜 舰光电桅杆等 。
图4 潜基光电设备——潜艇光电桅杆
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3.蓝宝石在民用领域的应用
1
条码扫描仪的扫描窗口 永不磨损型雷达表的表蒙
纺织工业的纤维导丝器 照相机外护镜头承
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四、蓝宝石晶体的主要原料
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LED能使发光效率 提高近10倍，寿命 是传统灯具的20倍 以上，兼有绿色、 环保等优点。
四、世界各国的LED产业政策
美国在2001年启动的 “下一代照明计划 （NGLI）”及2002年 设立的“国家半导体 照明研究计划”列入 了能源法案。 中国在2003年6月17 日正式启动了“国家 半导体照明计划”。 2006年10月，中国科 技部启动“十一五” 半导体照明工程“863” 计划，对半导体照明 产业以更大的支持。
蓝宝石晶体具有独特的晶格结构、优异 的力学性能、良好的热学性能。
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2.蓝宝石的广泛应用
应用之一：
广泛的应用于红外军事装置、卫星空 间技术、高强度激光的窗口材料 。
应用之二：
成为实际应用的半导体GaN/Al2O3发光二极 管(LED)、大规模集成电路SOI和SOS及超 导纳米结构薄膜等最为理想的衬底材料。
160 140 110.4
2010年全球LED用量（单位：亿颗）
148
2010年LEDTV对于LED的 120 需求量在111~148亿颗之间。 100 2010年LED背光的笔记本 电脑对于LED芯片的需求量 大概在76亿颗。 2010年，LED照明灯对于 LED芯片需求量大概在 110.4亿颗。
种氧化铝(α-Al2O3)的
单晶，又称为刚玉。 蓝宝石作为一种重要的 技术晶体，已被广泛地
应用于科学技术、国防
与民用工业的许多领域。
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1.蓝宝石的主要性质
蓝宝石晶体具有优异的光学性能、机械 性能和化学稳定性，强度高、硬度大、 耐冲刷，可在接近2000℃高温的恶劣条 件下工作 。
80 60 40 20 20 0 汽车灯 笔记本电脑 手机背光源 76 76.8
照明
液晶电视
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2.蓝宝石应用于民用航天、军工等
图1 光电跟踪系统蓝宝石窗口
透波窗口、整 流罩、光电窗 口、护板、陀 螺、耐磨轴承 等部件。
图2 蓝宝石晶体的整流罩应用
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图3战斗机光电吊舱