Cât de multe știi despre safir?

Cristal de safireste crescut din pulbere de alumină de înaltă puritate, cu o puritate de peste 99,995%. Este cea mai mare zonă de cerere pentru alumină de înaltă puritate. Are avantajele rezistenței ridicate, durității ridicate și proprietăților chimice stabile. Poate funcționa în medii dure, cum ar fi temperaturi ridicate, coroziune și impact. Este utilizat pe scară largă în tehnologia de apărare și civilă, tehnologia microelectronică și în alte domenii.

De la pudră de alumină de înaltă puritate la cristal de safir

Aplicații cheie ale safirului

Substratul LED este cea mai mare aplicație de safir. Aplicarea LED-ului în iluminat este a treia revoluție după lămpile fluorescente și lămpile economice. Principiul LED-ului este de a transforma energia electrică în energie luminoasă. Când curentul trece prin semiconductor, găurile și electronii se combină, iar energia în exces este eliberată ca energie luminoasă, producând în final efectul de iluminare luminoasă.Tehnologia cu cip LEDse bazează penapolitane epitaxiale. Prin straturi de materiale gazoase depuse pe substrat, materialele substratului includ în principal substrat de siliciu,substrat de carbură de siliciuși substrat de safir. Printre acestea, substratul de safir are avantaje evidente față de celelalte două metode de substrat. Avantajele substratului de safir se reflectă în principal în stabilitatea dispozitivului, tehnologia de pregătire matură, neabsorbția luminii vizibile, transmisia bună a luminii și prețul moderat. Conform datelor, 80% dintre companiile cu LED-uri din lume folosesc safirul ca material substrat.

Pe lângă domeniul menționat mai sus, cristalele de safir pot fi folosite și în ecranele telefoanelor mobile, echipamente medicale, decorațiuni de bijuterii și alte domenii. În plus, ele pot fi folosite și ca materiale pentru ferestre pentru diverse instrumente științifice de detectare, cum ar fi lentile și prisme.

Prepararea cristalelor de safir

În 1964, Poladino, AE și Rotter, BD au aplicat pentru prima dată această metodă la creșterea cristalelor de safir. Până acum, a fost produs un număr mare de cristale de safir de înaltă calitate. Principiul este: mai întâi, materiile prime sunt încălzite până la punctul de topire pentru a forma o topitură, iar apoi o singură sămânță de cristal (adică, cristalul sămânță) este folosită pentru a contacta suprafața topiturii. Datorită diferenței de temperatură, interfața solid-lichid dintre cristalul de sămânță și topitura este suprarăcită, astfel încât topitura începe să se solidifice pe suprafața cristalului de sămânță și începe să crească un singur cristal cu aceeași structură cristalină ca șicristal de sămânță. În același timp, cristalul de sămânță este tras încet în sus și rotit cu o anumită viteză. Pe măsură ce cristalul de sămânță este tras, topitura se solidifică treptat la interfața solid-lichid și apoi se formează un singur cristal. Aceasta este o metodă de creștere a cristalelor dintr-o topitură prin tragerea unui cristal semințe, care poate pregăti cristale simple de înaltă calitate din topitură. Este una dintre metodele de creștere a cristalelor utilizate în mod obișnuit.

Avantajele utilizării metodei Czochralski pentru creșterea cristalelor sunt:

(1) rata de creștere este rapidă și pot fi cultivate monocristale de înaltă calitate într-o perioadă scurtă de timp; 

(2) cristalul crește pe suprafața topiturii și nu intră în contact cu peretele creuzetului, ceea ce poate reduce eficient stresul intern al cristalului și poate îmbunătăți calitatea cristalului. 

Cu toate acestea, un dezavantaj major al acestei metode de creștere a cristalelor este că diametrul cristalului care poate fi crescut este mic, ceea ce nu este propice creșterii cristalelor de dimensiuni mari.

Metoda Kyropoulos pentru creșterea cristalelor de safir

Metoda Kyropoulos, inventată de Kyropouls în 1926, este denumită metoda KY. Principiul său este similar cu cel al metodei Czochralski, adică cristalul de sămânță este adus în contact cu suprafața topiturii și apoi tras încet în sus. Cu toate acestea, după ce cristalul de sămânță este tras în sus pentru o perioadă de timp pentru a forma un gât de cristal, cristalul de sămânță nu mai este tras în sus sau rotit după ce viteza de solidificare a interfeței dintre topitură și cristalul de sămânță este stabilă. Unicul cristal se solidifică treptat de sus în jos prin controlul vitezei de răcire și, în final, unun singur cristalse formează.

Produsele produse prin procesul de crochet au caracteristicile de înaltă calitate, densitate scăzută a defectelor, dimensiuni mari și eficiență mai bună a costurilor.

Creșterea cristalului de safir prin metoda mucegaiului ghidat

Ca tehnologie specială de creștere a cristalelor, metoda matriței ghidate este utilizată în următorul principiu: prin plasarea unui punct de topire ridicat în matriță, topitura este aspirată pe matriță prin acțiunea capilară a matriței pentru a atinge contactul cu cristalul de semințe. , și un singur cristal poate fi format în timpul tragerii cristalului de sămânță și solidificării continue. În același timp, dimensiunea marginii și forma matriței au anumite restricții privind dimensiunea cristalului. Prin urmare, această metodă are anumite limitări în procesul de aplicare și este aplicabilă numai cristalelor de safir cu formă specială, cum ar fi cele tubulare și în formă de U.

Creșterea cristalului de safir prin metoda schimbului de căldură

Metoda de schimb de căldură pentru prepararea cristalelor de safir de dimensiuni mari a fost inventată de Fred Schmid și Dennis în 1967. Metoda de schimb de căldură are un efect de izolare termică bun, poate controla independent gradientul de temperatură al topiturii și al cristalului, are o bună controlabilitate și este mai ușor de crescut cristale de safir cu dislocare scăzută și dimensiuni mari.

Avantajul utilizării metodei de schimb de căldură pentru a crește cristalele de safir este că creuzetul, cristalul și încălzitorul nu se mișcă în timpul creșterii cristalului, eliminând acțiunea de întindere a metodei kyvo și a metodei de tragere, reducând factorii de interferență umană și evitând astfel cristalul. defecte cauzate de mișcarea mecanică; în același timp, viteza de răcire poate fi controlată pentru a reduce stresul termic al cristalului și defectele de fisurare și dislocare ale cristalelor rezultate și pot crește cristale mai mari. Este mai ușor de operat și are perspective bune de dezvoltare.

Surse de referință:

[1] Zhu Zhenfeng. Cercetări privind morfologia suprafeței și deteriorarea fisurii a cristalelor de safir prin tăierea cu ferăstrău cu sârmă de diamant

[2] Chang Hui. Cercetare aplicativă asupra tehnologiei de creștere a cristalelor de safir de dimensiuni mari

[3] Zhang Xueping. Cercetări privind creșterea cristalului de safir și aplicarea LED-urilor

[4] Liu Jie. Prezentare generală a metodelor și caracteristicilor de preparare a cristalului de safir