Kolik toho víte o safíru?

Safírové sklíčkoje vypěstován z vysoce čistého prášku oxidu hlinitého s čistotou vyšší než 99,995 %. Je to největší poptávka po vysoce čistém oxidu hlinitém. Má výhody vysoké pevnosti, vysoké tvrdosti a stabilních chemických vlastností. Může pracovat v náročných prostředích, jako je vysoká teplota, koroze a nárazy. Je široce používán v obranné a civilní technice, mikroelektronické technologii a dalších oborech.

Od vysoce čistého práškového oxidu hlinitého až po safírové sklíčko

Klíčové aplikace safíru

LED substrát je největší aplikací safíru. Aplikace LED v osvětlení je třetí revolucí po zářivkách a energeticky úsporných svítidlech. Principem LED je přeměna elektrické energie na světelnou energii. Když proud prochází polovodičem, spojují se díry a elektrony a přebytečná energie se uvolňuje jako světelná energie, což nakonec vytváří efekt světelného osvětlení.Technologie LED čipuje založen naepitaxní destičky. Prostřednictvím vrstev plynných materiálů nanesených na substrátu substrátové materiály zahrnují hlavně křemíkový substrát,substrát z karbidu křemíkua safírový substrát. Mezi nimi má safírový substrát zjevné výhody oproti ostatním dvěma substrátovým metodám. Výhody safírového substrátu se odrážejí především ve stabilitě zařízení, vyzrálé technologii přípravy, neabsorpci viditelného světla, dobré propustnosti světla a příznivé ceně. Podle údajů 80 % LED společností na světě používá safír jako substrát.

Kromě výše zmíněného oboru lze safírové krystaly využít také v obrazovkách mobilních telefonů, lékařském vybavení, zdobení šperků a dalších oborech. Kromě toho mohou být také použity jako okenní materiály pro různé vědecké detekční přístroje, jako jsou čočky a hranoly.

Příprava safírových krystalů

V roce 1964 Poladino, AE a Rotter, BD poprvé aplikovali tuto metodu na růst safírových krystalů. Dosud bylo vyrobeno velké množství kvalitních safírových sklíček. Princip je následující: nejprve se suroviny zahřejí na teplotu tání, aby se vytvořila tavenina, a poté se jednokrystalové zárodečné jádro (tj. zárodečný krystal) použije pro kontakt s povrchem taveniny. Vlivem rozdílu teplot je rozhraní pevná látka-kapalina mezi zárodečným krystalem a taveninou podchlazeno, takže tavenina začne na povrchu zárodečného krystalu tuhnout a začne růst monokrystal se stejnou krystalovou strukturou jako u zárodečného krystalu.zárodečný krystal. Současně se zárodečný krystal pomalu vytahuje nahoru a otáčí se určitou rychlostí. Při vytahování zárodečného krystalu tavenina postupně tuhne na rozhraní pevná látka-kapalina a poté se vytvoří jediný krystal. Jedná se o způsob pěstování krystalů z taveniny tažením zárodečného krystalu, který dokáže z taveniny připravit kvalitní monokrystaly. Je to jedna z běžně používaných metod růstu krystalů.

Výhody použití Czochralského metody k pěstování krystalů jsou:

(1) rychlost růstu je rychlá a vysoce kvalitní monokrystaly lze pěstovat v krátkém časovém období; 

(2) krystal roste na povrchu taveniny a nedotýká se stěny kelímku, což může účinně snížit vnitřní pnutí krystalu a zlepšit kvalitu krystalu. 

Velkou nevýhodou tohoto způsobu pěstování krystalů je však to, že průměr krystalu, který lze pěstovat, je malý, což neprospívá růstu krystalů velké velikosti.

Kyropoulosova metoda pro pěstování safírových krystalů

Kyropoulosova metoda, kterou vynalezl Kyropouls v roce 1926, se označuje jako metoda KY. Její princip je podobný jako u Czochralského metody, to znamená, že se zárodečný krystal přivede do kontaktu s povrchem taveniny a poté se pomalu vytahuje nahoru. Avšak poté, co je zárodečný krystal vytahován nahoru po určitou dobu za účelem vytvoření krčku krystalu, očkovací krystal již není vytahován nahoru ani rotován poté, co je rychlost tuhnutí rozhraní mezi taveninou a zárodečným krystalem stabilní. Monokrystal postupně tuhne odshora dolů řízením rychlosti chlazení a nakonec amonokrystalse tvoří.

Produkty vyráběné procesem granulování se vyznačují vysokou kvalitou, nízkou hustotou defektů, velkou velikostí a lepší nákladovou efektivitou.

Růst safírových krystalů metodou řízené formy

Jako speciální technologie růstu krystalů se používá metoda řízené formy na následujícím principu: umístěním taveniny s vysokým bodem tání do formy je tavenina nasávána na formu kapilárním působením formy, aby se dosáhlo kontaktu se zárodečným krystalem a během vytahování očkovacího krystalu a kontinuálního tuhnutí se může vytvořit jediný krystal. Současně má velikost okraje a tvar formy určitá omezení velikosti krystalu. Proto má tato metoda určitá omezení v procesu aplikace a je použitelná pouze pro safírové krystaly speciálního tvaru, jako jsou trubicovité a tvaru U.

Růst safírových krystalů metodou výměny tepla

Metodu výměny tepla pro přípravu velkorozměrových safírových krystalů vynalezli Fred Schmid a Dennis v roce 1967. Metoda výměny tepla má dobrý tepelně izolační účinek, může nezávisle řídit teplotní gradient taveniny a krystalu, má dobrou regulovatelnost a je snadněji pěstovatelné safírové krystaly s nízkou dislokací a velkou velikostí.

Výhodou použití metody výměny tepla k růstu safírových krystalů je to, že kelímek, krystal a ohřívač se během růstu krystalu nepohybují, což eliminuje natahovací účinek metody kyvo a metody tažení, snižuje lidské interferenční faktory a tím se vyhne krystalu. vady způsobené mechanickým pohybem; současně lze řídit rychlost ochlazování, aby se snížilo tepelné namáhání krystalů a výsledné praskání a dislokační defekty krystalu, a mohou růst větší krystaly. Snadněji se ovládá a má dobré vyhlídky na rozvoj.

Referenční zdroje:

[1] Zhu Zhenfeng. Výzkum povrchové morfologie a prasklinového poškození safírových krystalů řezáním diamantovou drátovou pilou

[2] Chang Hui. Aplikační výzkum technologie růstu safírových krystalů velkých rozměrů

[3] Zhang Xueping. Výzkum růstu safírového krystalu a aplikace LED

[4] Liu Jie. Přehled metod a charakteristik přípravy safírových krystalů