Πόσο γνωρίζετε για το Sapphire;

Ζαφείρι κρύσταλλοςκαλλιεργείται από σκόνη αλουμίνας υψηλής καθαρότητας με καθαρότητα άνω του 99,995%. Είναι η μεγαλύτερη περιοχή ζήτησης για αλουμίνα υψηλής καθαρότητας. Έχει τα πλεονεκτήματα της υψηλής αντοχής, της υψηλής σκληρότητας και των σταθερών χημικών ιδιοτήτων. Μπορεί να λειτουργήσει σε σκληρά περιβάλλοντα όπως η υψηλή θερμοκρασία, η διάβρωση και η επίδραση. Χρησιμοποιείται ευρέως στην τεχνολογία άμυνα και πολιτική τεχνολογία, τεχνολογία μικροηλεκτρονικής και άλλους τομείς.

Από σκόνη αλουμίνας υψηλής καθαρότητας έως κρύσταλλο ζαφείρι

Βασικές εφαρμογές του ζαφείρι

Το υπόστρωμα LED είναι η μεγαλύτερη εφαρμογή του ζαφείρι. Η εφαρμογή του LED στον φωτισμό είναι η τρίτη επανάσταση μετά από λαμπτήρες φθορισμού και λαμπτήρες εξοικονόμησης ενέργειας. Η αρχή του LED είναι η μετατροπή της ηλεκτρικής ενέργειας σε φωτεινή ενέργεια. Όταν το ρεύμα διέρχεται από τον ημιαγωγό, οι τρύπες και τα ηλεκτρόνια συνδυάζονται και η υπερβολική ενέργεια απελευθερώνεται ως ελαφριά ενέργεια, παράγοντας τελικά την επίδραση του φωτεινού φωτισμού.Τεχνολογία τσιπ LEDβασίζεταιεπιταξιακά γκοφρέτες. Μέσα από στρώματα αέριων υλικών που εναποτίθενται στο υπόστρωμα, τα υλικά του υποστρώματος περιλαμβάνουν κυρίως υπόστρωμα πυριτίου,υπόστρωμα καρβιδίου πυριτίουκαι υπόστρωμα ζαφείρι. Μεταξύ αυτών, το υπόστρωμα Sapphire έχει προφανή πλεονεκτήματα έναντι των άλλων δύο μεθόδων υποστρώματος. Τα πλεονεκτήματα του υποστρώματος ζαφείρι αντικατοπτρίζονται κυρίως στη σταθερότητα της συσκευής, στην τεχνολογία ώριμης παρασκευής, στη μη απορρόφηση του ορατού φωτός, στη διαίρεση καλής φωτός και στην μέτρια τιμή. Σύμφωνα με τα στοιχεία, το 80% των εταιρειών LED στον κόσμο χρησιμοποιούν το Sapphire ως υλικό υποστρώματος.

Εκτός από τον προαναφερθέντα πεδίο, οι κρύσταλλοι Sapphire μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν σε οθόνες κινητής τηλεφωνίας, ιατρικό εξοπλισμό, διακόσμηση κοσμημάτων και άλλα πεδία. Επιπλέον, μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν ως υλικά παραθύρων για διάφορα επιστημονικά μέσα ανίχνευσης, όπως φακοί και πρίσματα.

Παρασκευή κρυστάλλων ζαφείρι

Το 1964, οι Poladino, AE και Rotter, BD για πρώτη φορά εφάρμοσαν αυτή τη μέθοδο στην ανάπτυξη κρυστάλλων ζαφείρι. Μέχρι στιγμής, έχουν παραχθεί μεγάλος αριθμός κρυστάλλων ζαφείρι υψηλής ποιότητας. Η αρχή είναι: Πρώτον, οι πρώτες ύλες θερμαίνονται στο σημείο τήξης για να σχηματίσουν ένα τήγμα και στη συνέχεια χρησιμοποιείται ένας και μοναδικός κρυστάλλινος σπόρος (δηλ. Κρυστάλης σπόρου) για να έρθει σε επαφή με την επιφάνεια του τήγματος. Λόγω της διαφοράς θερμοκρασίας, η διασύνδεση στερεού υγρού μεταξύ του κρυστάλλου σπόρου και του τήγμα είναι υπερψυσμένη, οπότε το τήγμα αρχίζει να στερεοποιείται στην επιφάνεια του κρυστάλλου σπόρων και αρχίζει να αναπτύσσεται ένα μόνο κρύσταλλο με την ίδια κρυσταλλική δομή με τοκρυστάλλινος σπόρου. Ταυτόχρονα, ο κρύσταλλος σπόρου τραβιέται αργά προς τα πάνω και περιστρέφεται με μια συγκεκριμένη ταχύτητα. Καθώς τραβιέται ο κρύσταλλος σπόρου, το τήγμα στερεοποιείται σταδιακά στη διεπαφή στερεού-υγρού και στη συνέχεια σχηματίζεται ένα μόνο κρύσταλλο. Αυτή είναι μια μέθοδος καλλιέργειας κρυστάλλων από ένα τήγμα, τραβώντας έναν κρύσταλλο σπόρου, ο οποίος μπορεί να παρασκευάσει μεμονωμένους κρυστάλλους υψηλής ποιότητας από το τήγμα. Είναι μία από τις κοινώς χρησιμοποιούμενες μεθόδους ανάπτυξης κρυστάλλων.

Τα πλεονεκτήματα της χρήσης της μεθόδου Czochralski για την ανάπτυξη κρυστάλλων είναι:

(1) Ο ρυθμός ανάπτυξης είναι γρήγορος και οι μεμονωμένοι κρύσταλλοι υψηλής ποιότητας μπορούν να καλλιεργηθούν σε σύντομο χρονικό διάστημα. 

(2) Ο κρύσταλλος αναπτύσσεται στην επιφάνεια του τήγματος και δεν έρχεται σε επαφή με το τοίχωμα του Crucible, το οποίο μπορεί να μειώσει αποτελεσματικά την εσωτερική τάση του κρυστάλλου και να βελτιώσει την ποιότητα των κρυστάλλων. 

Ωστόσο, ένα σημαντικό μειονέκτημα αυτής της μεθόδου αυξανόμενων κρυστάλλων είναι ότι η διάμετρος του κρυστάλλου που μπορεί να καλλιεργηθεί είναι μικρή, η οποία δεν ευνοεί την ανάπτυξη μεγάλων κρυστάλλων.

Μέθοδος του Κιρόπουλου για την ανάπτυξη κρυστάλλων ζαφείρι

Η μέθοδος του Κιρόπουλου, που εφευρέθηκε από την Κυρόπουλ το 1926, αναφέρεται ως μέθοδος KY. Η αρχή της είναι παρόμοια με εκείνη της μεθόδου Czochralski, δηλαδή, ο κρύσταλλος σπόρων έρχεται σε επαφή με την επιφάνεια του τήγματος και στη συνέχεια σιγά -σιγά τραβηγηθεί προς τα πάνω. Ωστόσο, αφού ο κρύσταλλος σπόρου τραβιέται προς τα πάνω για μια χρονική περίοδο για να σχηματίσει έναν κρυσταλλικό λαιμό, ο κρύσταλλος σπόρου δεν τραβιέται πλέον ή περιστρέφεται μετά τη σταθεροποίηση της στερεοποίησης της διεπαφής μεταξύ του τήγμα και του κρυστάλλου σπόρου είναι σταθερός. Ο μοναδικός κρύσταλλος στερεοποιείται σταδιακά από την κορυφή προς τα κάτω, ελέγχοντας τον ρυθμό ψύξης και τέλος έναμονό κρύσταλλοςσχηματίζεται.

Τα προϊόντα που παράγονται από τη διαδικασία kibbling έχουν τα χαρακτηριστικά της υψηλής ποιότητας, χαμηλής πυκνότητας ελαττωμάτων, του μεγάλου μεγέθους και της καλύτερης απόδοσης κόστους-αποτελεσματικότητας.

Η ανάπτυξη κρυστάλλων Sapphire με μέθοδο καθοδηγούμενης μούχλα

Ως ειδική τεχνολογία ανάπτυξης κρυστάλλων, η μέθοδος καθοδηγούμενης μούχλα χρησιμοποιείται στην ακόλουθη αρχή: τοποθετώντας ένα υψηλό τήγμα τήξης στο καλούπι, το τήγμα απορροφάται πάνω στο καλούπι με την τριχοειδή δράση του καλουπιού για να επιτευχθεί επαφή με τον κρύσταλλο σπόρου και ένας μόνο κρύσταλλος μπορεί να σχηματιστεί κατά τη διάρκεια του κρυστάλλινου σπόρου και συνεχούς στερεοποίησης. Ταυτόχρονα, το μέγεθος της άκρης και το σχήμα του καλουπιού έχουν ορισμένους περιορισμούς στο μέγεθος του κρυστάλλου. Ως εκ τούτου, αυτή η μέθοδος έχει ορισμένους περιορισμούς στη διαδικασία εφαρμογής και ισχύει μόνο σε κρύσταλλα ζαφείρι ειδικού σχήματος, όπως σωληνοειδή και σχήμα U.

Η ανάπτυξη κρυστάλλων Sapphire με μέθοδο ανταλλαγής θερμότητας

Η μέθοδος ανταλλαγής θερμότητας για την παρασκευή κρυστάλλων ζαφείρι μεγάλου μεγέθους επινοήθηκε από τους Fred Schmid και Dennis το 1967.

Το πλεονέκτημα της χρήσης της μεθόδου ανταλλαγής θερμότητας για την ανάπτυξη κρυστάλλων ζαφείρι είναι ότι το χωνευτήριο, ο κρύσταλλος και ο θερμαντήρας δεν κινούνται κατά την ανάπτυξη των κρυστάλλων, εξαλείφοντας τη δράση τεντώματος της μεθόδου Kyvo και τη μέθοδο έλξης, τη μείωση των παραγόντων των ανθρώπινων παρεμβολών και την αποφυγή κρυσταλλικών ελαττωμάτων που προκαλούνται από τη μηχανική κίνηση. Ταυτόχρονα, ο ρυθμός ψύξης μπορεί να ελεγχθεί για να μειωθεί η θερμική τάση του κρυστάλλου και τα προκύπτοντα ελαττώματα ρωγμών και εξάρθρωσης και μπορούν να αναπτύξουν μεγαλύτερους κρυστάλλους. Είναι ευκολότερο να λειτουργούν και έχουν καλές προοπτικές ανάπτυξης.

Πηγές αναφοράς:

[1] Zhu Zhenfeng. Έρευνα σχετικά με τη μορφολογία της επιφάνειας και τη βλάβη των κρυστάλλων ζαφείρι από το Diamond Wire Saw Slicing

[2] Chang Hui. Έρευνα εφαρμογών σχετικά με την τεχνολογία ανάπτυξης κρυστάλλων ζαφείρι

[3] Zhang Xueping. Έρευνα για την ανάπτυξη κρυστάλλων Sapphire και την εφαρμογή LED

[4] Liu Jie. Επισκόπηση των μεθόδων και των χαρακτηριστικών παρασκευής κρυστάλλων ζαφείρι