Скільки ви знаєте про сапфір?

Сапфірове скловирощується з порошку оксиду алюмінію високої чистоти з чистотою понад 99,995%. Це область найбільшого попиту на глинозем високої чистоти. Він має такі переваги, як висока міцність, висока твердість і стабільні хімічні властивості. Він може працювати в суворих умовах, таких як висока температура, корозія та удари. Він широко використовується в оборонних і цивільних технологіях, мікроелектроніці та інших галузях.

Від високочистого порошку оксиду алюмінію до сапфірового скла

Ключове застосування сапфіра

Світлодіодна підкладка є найбільшим застосуванням сапфіра. Застосування світлодіодів в освітленні є третьою революцією після люмінесцентних ламп і енергозберігаючих ламп. Принцип роботи світлодіодів полягає в перетворенні електричної енергії в енергію світла. Коли струм проходить через напівпровідник, дірки та електрони об’єднуються, а надлишок енергії вивільняється у вигляді світлової енергії, зрештою створюючи ефект світлового освітлення.Технологія світлодіодних чіпівбазується наепітаксіальні пластини. Через шари газоподібних матеріалів, нанесених на підкладку, матеріали підкладки в основному включають кремнієву підкладку,підкладка з карбіду кремніюі сапфірова підкладка. Серед них сапфірова підкладка має очевидні переваги перед двома іншими методами підкладки. Переваги сапфірової підкладки в основному відображаються в стабільності пристрою, зрілій технології виготовлення, непоглинанні видимого світла, хорошому пропусканні світла та помірній ціні. Згідно з даними, 80% світлодіодних компаній у світі використовують сапфір як матеріал підкладки.

На додаток до вищезгаданої галузі, сапфірові кристали також можуть використовуватися в екранах мобільних телефонів, медичному обладнанні, ювелірних прикрасах та інших сферах. Крім того, їх також можна використовувати як віконний матеріал для різних наукових приладів виявлення, таких як лінзи та призми.

Виготовлення сапфірових кристалів

У 1964 році Поладіно, А. Е. і Роттер, Б. Д. вперше застосували цей метод для вирощування сапфірових кристалів. До теперішнього часу випущено велику кількість високоякісних сапфірових стекол. Принцип такий: спочатку сировину нагрівають до точки плавлення, щоб утворити розплав, а потім монокристальну затраву (тобто затравковий кристал) використовують для контакту з поверхнею розплаву. Через різницю температур межа розділу тверда речовина-рідина між затравковим кристалом і розплавом переохолоджується, тому розплав починає тверднути на поверхні затравкового кристала та починає рости монокристал з такою ж кристалічною структурою, як і затравковий кристал.затравковий кристал. У той же час затравковий кристал повільно тягнеться вгору і обертається з певною швидкістю. Коли затравковий кристал витягується, розплав поступово твердне на межі тверда речовина-рідина, а потім утворюється монокристал. Це метод вирощування кристалів із розплаву шляхом витягування затравкового кристала, за допомогою якого з розплаву можна отримати високоякісні монокристали. Це один із широко використовуваних методів вирощування кристалів.

Перевагами використання методу Чохральського для вирощування кристалів є:

(1) швидкість росту висока, і високоякісні монокристали можна виростити за короткий період часу; 

(2) кристал росте на поверхні розплаву і не контактує зі стінкою тигля, що може ефективно зменшити внутрішню напругу кристала та покращити якість кристала. 

Однак основним недоліком цього методу вирощування кристалів є те, що діаметр кристала, який можна виростити, є малим, що не сприяє вирощуванню кристалів великого розміру.

Метод Кіропулоса для вирощування кристалів сапфіру

Метод Кіропулоса, винайдений Кіропулсом у 1926 році, називають методом KY. Його принцип подібний до методу Чохральського, тобто затравковий кристал приводиться в контакт з поверхнею розплаву, а потім повільно тягнеться вгору. Однак після того, як затравковий кристал підтягується вгору протягом певного періоду часу, щоб утворити шийку кристала, затравковий кристал більше не підтягується вгору або обертається після того, як швидкість затвердіння межі розділу між розплавом і затравковим кристалом стає стабільною. Монокристал поступово твердне зверху вниз, контролюючи швидкість охолодження, і, нарешті, aмонокристалформується.

Продукти, вироблені в процесі дроблення, мають характеристики високої якості, низької щільності дефектів, великого розміру та кращої економічної ефективності.

Вирощування сапфірового кристала методом керованої форми

Як спеціальна технологія вирощування кристалів, метод керованої форми використовується за таким принципом: шляхом розміщення розплаву з високою температурою плавлення у форму, розплав всмоктується на форму за допомогою капілярної дії форми для досягнення контакту із затравковим кристалом. , і монокристал може утворитися під час витягування затравкового кристала та безперервного затвердіння. У той же час розмір краю та форма форми мають певні обмеження на розмір кристала. Таким чином, цей метод має певні обмеження в процесі застосування та застосовний лише до сапфірових кристалів спеціальної форми, таких як трубчасті та U-подібні.

Вирощування кристалів сапфіру теплообмінним методом

Метод теплообміну для отримання кристалів сапфіру великого розміру був винайдений Фредом Шмідом і Деннісом у 1967 році. Метод теплообміну має хороший теплоізоляційний ефект, може незалежно контролювати температурний градієнт розплаву та кристала, має хорошу керованість і є легше вирощувати сапфірові кристали з малою дислокацією і великими розмірами.

Перевага використання методу теплообміну для вирощування сапфірових кристалів полягає в тому, що тигель, кристал і нагрівач не рухаються під час вирощування кристала, усуваючи розтягувальну дію методу kyvo та методу витягування, зменшуючи фактор людського втручання, і таким чином уникаючи кристала дефекти, викликані механічним рухом; у той же час швидкість охолодження можна контролювати, щоб зменшити термічне напруження кристала та спричинене розтріскуванням кристалів і дислокаційними дефектами, і можна виростити більші кристали. Він простий в експлуатації і має хороші перспективи розвитку.

Довідкові джерела:

[1] Чжу Чженьфен. Дослідження морфології поверхні та пошкодження тріщинами кристалів сапфіру методом розрізання алмазною дротяною пилою

[2] Чан Хуей. Дослідження застосування технології вирощування кристалів сапфіру великого розміру

[3] Чжан Сюепін. Дослідження вирощування кристалів сапфіру та застосування світлодіодів

[4] Лю Цзе. Огляд методів і характеристик виготовлення сапфірового скла