Koľko toho viete o zafíre?

Zafírové sklíčkosa pestuje z prášku oxidu hlinitého s vysokou čistotou s čistotou viac ako 99,995 %. Ide o oblasť s najväčším dopytom po vysokočistom oxide hlinitom. Má výhody vysokej pevnosti, vysokej tvrdosti a stabilných chemických vlastností. Môže pracovať v drsnom prostredí, ako je vysoká teplota, korózia a náraz. Je široko používaný v obranných a civilných technológiách, mikroelektronických technológiách a iných oblastiach.

Od vysoko čistého prášku oxidu hlinitého až po zafírové sklíčko

Kľúčové aplikácie zafíru

LED substrát je najväčšou aplikáciou zafíru. Aplikácia LED v osvetlení je treťou revolúciou po žiarivkách a energeticky úsporných žiarivkách. Princíp LED je premena elektrickej energie na svetelnú energiu. Keď prúd prechádza polovodičom, diery a elektróny sa spoja a prebytočná energia sa uvoľní ako svetelná energia, čím sa nakoniec vytvorí efekt svetelného osvetlenia.LED čipová technológiaje založená naepitaxné doštičky. Prostredníctvom vrstiev plynných materiálov nanesených na substráte substrátové materiály zahŕňajú najmä kremíkový substrát,substrát z karbidu kremíkaa zafírový substrát. Medzi nimi má zafírový substrát oproti ostatným dvom substrátovým metódam zjavné výhody. Výhody zafírového substrátu sa odrážajú najmä v stabilite zariadenia, vyspelej technológii prípravy, neabsorpcii viditeľného svetla, dobrej priepustnosti svetla a nízkej cene. Podľa údajov 80 % LED spoločností na svete používa zafír ako podkladový materiál.

Okrem vyššie uvedenej oblasti sa zafírové kryštály môžu použiť aj v obrazovkách mobilných telefónov, zdravotníckych zariadeniach, zdobení šperkov a iných oblastiach. Okrem toho sa dajú použiť aj ako okenné materiály pre rôzne vedecké detekčné nástroje, ako sú šošovky a hranoly.

Príprava zafírových kryštálov

V roku 1964 Poladino, AE a Rotter, BD prvýkrát aplikovali túto metódu na rast zafírových kryštálov. Doteraz sa vyrobilo veľké množstvo kvalitných zafírových sklíčok. Princíp je nasledovný: najskôr sa suroviny zahrejú na teplotu topenia, aby sa vytvorila tavenina, a potom sa zárodok jedného kryštálu (t.j. zárodočný kryštál) použije na kontakt s povrchom taveniny. V dôsledku rozdielu teplôt je rozhranie tuhá látka-kvapalina medzi zárodočným kryštálom a taveninou podchladené, takže tavenina začne na povrchu zárodočného kryštálu tuhnúť a začne rásť monokryštál s rovnakou kryštálovou štruktúrou akosemenný kryštál. Súčasne sa zárodočný kryštál pomaly ťahá nahor a otáča sa určitou rýchlosťou. Pri ťahaní zárodočného kryštálu tavenina postupne tuhne na rozhraní tuhá látka-kvapalina a potom sa vytvorí jediný kryštál. Ide o spôsob pestovania kryštálov z taveniny ťahaním zárodočného kryštálu, ktorý dokáže z taveniny pripraviť kvalitné monokryštály. Je to jedna z bežne používaných metód rastu kryštálov.

Výhody použitia Czochralského metódy na pestovanie kryštálov sú:

(1) rýchlosť rastu je rýchla a vysokokvalitné monokryštály môžu byť pestované v krátkom čase; 

(2) kryštál rastie na povrchu taveniny a nedotýka sa steny téglika, čo môže účinne znížiť vnútorné napätie kryštálu a zlepšiť kvalitu kryštálu. 

Hlavnou nevýhodou tohto spôsobu pestovania kryštálov je však to, že priemer kryštálu, ktorý je možné pestovať, je malý, čo neprispieva k rastu veľkých kryštálov.

Kyropoulosova metóda na pestovanie zafírových kryštálov

Kyropoulosova metóda, ktorú vynašiel Kyropouls v roku 1926, sa označuje ako metóda KY. Jej princíp je podobný ako pri Czochralského metóde, to znamená, že zárodočný kryštál sa dostane do kontaktu s povrchom taveniny a potom sa pomaly ťahá nahor. Avšak potom, čo je zárodočný kryštál po určitú dobu vytiahnutý smerom nahor, aby sa vytvorilo hrdlo kryštálu, zárodočný kryštál sa už nevyťahuje nahor ani neotáča, keď je rýchlosť tuhnutia rozhrania medzi taveninou a zárodočným kryštálom stabilná. Monokryštál postupne tuhne zhora nadol riadením rýchlosti chladenia a nakoniec amonokryštálsa tvorí.

Produkty vyrábané procesom šrotovania sa vyznačujú vysokou kvalitou, nízkou hustotou defektov, veľkou veľkosťou a lepšou nákladovou efektívnosťou.

Rast zafírových kryštálov metódou riadenej formy

Ako špeciálna technológia rastu kryštálov sa používa metóda riadenej formy na nasledujúcom princípe: umiestnením taveniny s vysokou teplotou topenia do formy sa tavenina nasaje na formu kapilárnym pôsobením formy, aby sa dosiahol kontakt so zárodočným kryštálom a počas ťahania zárodočného kryštálu a kontinuálneho tuhnutia sa môže vytvoriť jeden kryštál. Zároveň má veľkosť okraja a tvar formy určité obmedzenia na veľkosť kryštálu. Preto má táto metóda určité obmedzenia v procese aplikácie a je použiteľná len pre špeciálne tvarované zafírové kryštály, ako sú rúrkové a v tvare U.

Rast zafírových kryštálov metódou výmeny tepla

Metódu výmeny tepla na prípravu veľkých zafírových kryštálov vynašli Fred Schmid a Dennis v roku 1967. Metóda výmeny tepla má dobrý tepelnoizolačný účinok, dokáže nezávisle regulovať teplotný gradient taveniny a kryštálu, má dobrú regulovateľnosť a je ľahšie pestovateľné zafírové kryštály s nízkou dislokáciou a veľkou veľkosťou.

Výhodou použitia metódy výmeny tepla na pestovanie zafírových kryštálov je to, že téglik, kryštál a ohrievač sa počas rastu kryštálov nepohybujú, čím sa eliminuje napínacie pôsobenie metódy kyvo a metódy ťahania, čím sa znižujú ľudské interferenčné faktory, a tým sa vyhýba kryštálom. chyby spôsobené mechanickým pohybom; súčasne je možné regulovať rýchlosť chladenia, aby sa znížilo tepelné namáhanie kryštálov a výsledné praskanie kryštálov a chyby dislokácie, a môžu rásť väčšie kryštály. Je jednoduchšia na obsluhu a má dobré vyhliadky na rozvoj.

Referenčné zdroje:

[1] Zhu Zhenfeng. Výskum povrchovej morfológie a prasklinového poškodenia zafírových kryštálov rezaním diamantovou drôtenou pílou

[2] Chang Hui. Aplikačný výskum technológie rastu veľkých zafírových kryštálov

[3] Zhang Xueping. Výskum rastu zafírových kryštálov a aplikácie LED

[4] Liu Jie. Prehľad spôsobov a charakteristík prípravy zafírových kryštálov