Hoeveel weet jij over saffier?

Saffier kristalwordt gekweekt uit zeer zuiver aluminiumoxidepoeder met een zuiverheid van meer dan 99,995%. Het is het gebied met de grootste vraag naar aluminiumoxide met een hoge zuiverheidsgraad. Het heeft de voordelen van hoge sterkte, hoge hardheid en stabiele chemische eigenschappen. Het kan werken in ruwe omgevingen zoals hoge temperaturen, corrosie en schokken. Het wordt veel gebruikt in defensie- en civiele technologie, micro-elektronicatechnologie en andere gebieden.

Van zeer zuiver aluminiumoxidepoeder tot saffierglas

Belangrijkste toepassingen van saffier

LED-substraat is de grootste toepassing van saffier. De toepassing van LED in verlichting is de derde revolutie na fluorescentielampen en spaarlampen. Het principe van LED is het omzetten van elektrische energie in lichtenergie. Wanneer de stroom door de halfgeleider gaat, combineren de gaten en elektronen zich en komt de overtollige energie vrij als lichtenergie, waardoor uiteindelijk het effect van lichtgevende verlichting ontstaat.LED-chiptechnologieis gebaseerd opepitaxiale wafels. Door lagen gasvormige materialen die op het substraat zijn afgezet, omvatten de substraatmaterialen voornamelijk siliciumsubstraat,siliciumcarbide substraaten saffiersubstraat. Onder hen heeft saffiersubstraat duidelijke voordelen ten opzichte van de andere twee substraatmethoden. De voordelen van saffiersubstraat worden voornamelijk weerspiegeld in de stabiliteit van het apparaat, volwassen voorbereidingstechnologie, niet-absorptie van zichtbaar licht, goede lichttransmissie en gematigde prijs. Volgens gegevens gebruikt 80% van de LED-bedrijven in de wereld saffier als substraatmateriaal.

Naast het bovengenoemde gebied kunnen saffierkristallen ook worden gebruikt in schermen voor mobiele telefoons, medische apparatuur, sieradendecoratie en andere gebieden. Daarnaast kunnen ze ook gebruikt worden als venstermateriaal voor diverse wetenschappelijke detectie-instrumenten zoals lenzen en prisma's.

Bereiding van saffierkristallen

In 1964 pasten Poladino, AE en Rotter, BD deze methode voor het eerst toe op de groei van saffierkristallen. Tot nu toe is er een groot aantal hoogwaardige saffierkristallen geproduceerd. Het principe is: eerst worden de grondstoffen verwarmd tot het smeltpunt om een ​​smelt te vormen, en vervolgens wordt een monokristallijn zaadje (d.w.z. zaadkristallen) gebruikt om in contact te komen met het oppervlak van de smelt. Als gevolg van het temperatuurverschil wordt het vast-vloeistof-grensvlak tussen het entkristal en de smelt onderkoeld, zodat de smelt begint te stollen op het oppervlak van het entkristal en een enkel kristal begint te groeien met dezelfde kristalstructuur als de smelt.zaad kristal. Tegelijkertijd wordt het zaadkristal langzaam naar boven getrokken en met een bepaalde snelheid rondgedraaid. Terwijl het entkristal wordt getrokken, stolt de smelt geleidelijk aan het vaste-vloeistofgrensvlak, en vervolgens wordt een enkel kristal gevormd. Dit is een methode om kristallen uit een smelt te laten groeien door een entkristal te trekken, waarmee hoogwaardige enkele kristallen uit de smelt kunnen worden bereid. Het is een van de meest gebruikte kristalgroeimethoden.

De voordelen van het gebruik van de Czochralski-methode om kristallen te laten groeien zijn:

(1) de groeisnelheid is snel en hoogwaardige enkele kristallen kunnen in korte tijd worden gekweekt; 

(2) het kristal groeit op het oppervlak van de smelt en maakt geen contact met de kroeswand, wat de interne spanning van het kristal effectief kan verminderen en de kristalkwaliteit kan verbeteren. 

Een groot nadeel van deze methode voor het kweken van kristallen is echter dat de diameter van het kristal dat kan worden gekweekt klein is, wat niet bevorderlijk is voor de groei van kristallen van groot formaat.

Kyropoulos-methode voor het kweken van saffierkristallen

De Kyropoulos-methode, uitgevonden door Kyropouls in 1926, wordt de KY-methode genoemd. Het principe is vergelijkbaar met dat van de Czochralski-methode, dat wil zeggen dat het entkristal in contact wordt gebracht met het oppervlak van de smelt en vervolgens langzaam naar boven wordt getrokken. Nadat het kiemkristal echter gedurende een bepaalde tijd naar boven is getrokken om een ​​kristalhals te vormen, wordt het kiemkristal niet langer omhoog getrokken of geroteerd nadat de stollingssnelheid van het grensvlak tussen de smelt en het kiemkristal stabiel is. Het enkele kristal wordt geleidelijk van boven naar beneden gestold door de afkoelsnelheid te regelen, en tenslotte aenkel kristalwordt gevormd.

De producten die door het brokproces worden geproduceerd, hebben de kenmerken van hoge kwaliteit, lage defectdichtheid, grote afmetingen en betere kosteneffectiviteit.

Saffierkristalgroei door middel van geleide malmethode

Als speciale kristalgroeitechnologie wordt de geleide malmethode gebruikt volgens het volgende principe: door een smelt met een hoog smeltpunt in de mal te plaatsen, wordt de smelt door de capillaire werking van de mal op de mal gezogen om contact met het entkristal te bereiken , en er kan een enkel kristal worden gevormd tijdens het trekken van de entkristallen en het continu stollen. Tegelijkertijd hebben de randgrootte en vorm van de mal bepaalde beperkingen op de kristalgrootte. Daarom heeft deze methode bepaalde beperkingen in het toepassingsproces en is deze alleen toepasbaar op speciaal gevormde saffierkristallen zoals buisvormig en U-vormig.

Saffierkristalgroei door warmtewisselingsmethode

De warmtewisselingsmethode voor het bereiden van grote saffierkristallen werd uitgevonden door Fred Schmid en Dennis in 1967. De warmtewisselingsmethode heeft een goed thermisch isolerend effect, kan de temperatuurgradiënt van de smelt en het kristal onafhankelijk regelen, heeft een goede beheersbaarheid en is gemakkelijker te kweken saffierkristallen met lage dislocatie en groot formaat.

Het voordeel van het gebruik van de warmtewisselingsmethode om saffierkristallen te laten groeien is dat de smeltkroes, het kristal en de verwarmer niet bewegen tijdens de kristalgroei, waardoor de rekwerking van de kyvo-methode en de trekmethode wordt geëlimineerd, waardoor menselijke interferentiefactoren worden verminderd en dus kristallen worden vermeden. defecten veroorzaakt door mechanische beweging; tegelijkertijd kan de afkoelsnelheid worden geregeld om de thermische spanning van het kristal en de resulterende kristalscheur- en dislocatiedefecten te verminderen, en kunnen grotere kristallen groeien. Het is eenvoudiger te bedienen en heeft goede ontwikkelingsvooruitzichten.

Referentiebronnen:

[1] Zhu Zhenfeng. Onderzoek naar oppervlaktemorfologie en scheurschade van saffierkristallen door snijden met diamantdraadzagen

[2] Chang Hui. Toepassingsonderzoek naar groeitechnologie voor grote saffierkristallen

[3] Zhang Xueping. Onderzoek naar de groei van saffierkristallen en LED-toepassing

[4] Liu Jie. Overzicht van bereidingsmethoden en kenmerken van saffierkristallen