Hvor mye kan du om safir?

Safirglasser dyrket fra høyrent aluminiumoksydpulver med en renhet på mer enn 99,995 %. Det er det største etterspørselsområdet for høyrent aluminiumoksyd. Den har fordelene med høy styrke, høy hardhet og stabile kjemiske egenskaper. Den kan fungere i tøffe miljøer som høy temperatur, korrosjon og påvirkning. Det er mye brukt innen forsvar og sivil teknologi, mikroelektronikkteknologi og andre felt.

Fra høyrent aluminiumoksydpulver til safirkrystall

Viktige anvendelser av safir

LED-substrat er den største anvendelsen av safir. Anvendelsen av LED i belysning er den tredje revolusjonen etter lysrør og energisparende lamper. Prinsippet til LED er å konvertere elektrisk energi til lysenergi. Når strømmen går gjennom halvlederen, kombineres hullene og elektronene, og overskuddsenergien frigjøres som lysenergi, og til slutt produserer effekten av lysende belysning.LED-brikketeknologier basert påepitaksiale wafere. Gjennom lag av gassformige materialer avsatt på substratet, inkluderer substratmaterialene hovedsakelig silisiumsubstrat,silisiumkarbidsubstratog safirsubstrat. Blant dem har safirsubstrat åpenbare fordeler i forhold til de to andre substratmetodene. Fordelene med safirsubstrat gjenspeiles hovedsakelig i enhetsstabilitet, moden forberedelsesteknologi, ikke-absorpsjon av synlig lys, god lystransmittans og moderat pris. Ifølge data bruker 80% av LED-bedrifter i verden safir som underlagsmateriale.

I tillegg til det ovennevnte feltet, kan safirkrystaller også brukes i mobiltelefonskjermer, medisinsk utstyr, smykkedekorasjon og andre felt. I tillegg kan de også brukes som vindusmaterialer for ulike vitenskapelige deteksjonsinstrumenter som linser og prismer.

Fremstilling av safirkrystaller

I 1964 brukte Poladino, AE og Rotter, BD denne metoden for veksten av safirkrystaller. Så langt er det produsert et stort antall safirkrystaller av høy kvalitet. Prinsippet er: først blir råvarene varmet opp til smeltepunktet for å danne en smelte, og deretter brukes et enkelt krystallfrø (dvs. frøkrystall) for å komme i kontakt med overflaten av smelten. På grunn av temperaturforskjellen blir fast-væske-grensesnittet mellom frøkrystallen og smelten superkjølt, slik at smelten begynner å stivne på overflaten av frøkrystallen og begynner å vokse en enkelt krystall med samme krystallstruktur somfrøkrystall. Samtidig trekkes frøkrystallen sakte oppover og roteres med en viss hastighet. Når frøkrystallen trekkes, stivner smelten gradvis ved fast-væske-grensesnittet, og deretter dannes en enkelt krystall. Dette er en metode for å dyrke krystaller fra en smelte ved å trekke en frøkrystall, som kan tilberede enkeltkrystaller av høy kvalitet fra smelten. Det er en av de mest brukte metodene for krystallvekst.

Fordelene ved å bruke Czochralski-metoden for å dyrke krystaller er:

(1) veksthastigheten er rask, og enkeltkrystaller av høy kvalitet kan dyrkes på kort tid; 

(2) krystallen vokser på overflaten av smelten og kommer ikke i kontakt med digelveggen, noe som effektivt kan redusere den indre spenningen til krystallen og forbedre krystallkvaliteten. 

En stor ulempe med denne metoden for dyrking av krystaller er imidlertid at diameteren på krystallen som kan dyrkes er liten, noe som ikke bidrar til veksten av store krystaller.

Kyropoulos metode for dyrking av safirkrystaller

Kyropoulos-metoden, oppfunnet av Kyropouls i 1926, blir referert til som KY-metoden. Prinsippet ligner på Czochralski-metoden, det vil si at frøkrystallen bringes i kontakt med overflaten av smelten og trekkes deretter sakte oppover. Imidlertid, etter at kimkrystallen er trukket oppover i en periode for å danne en krystallhals, trekkes frøkrystallen ikke lenger opp eller roteres etter at størkningshastigheten til grenseflaten mellom smelten og kimkrystallen er stabil. Enkeltkrystallen størkner gradvis fra topp til bunn ved å kontrollere kjølehastigheten, og til slutt enenkeltkrystaller dannet.

Produktene som produseres av kibbling-prosessen har egenskapene høy kvalitet, lav defekttetthet, stor størrelse og bedre kostnadseffektivitet.

Safirkrystallvekst ved veiledet muggmetode

Som en spesiell krystallvekstteknologi brukes den guidede formmetoden i følgende prinsipp: ved å plassere en smelte med høyt smeltepunkt i formen, suges smelten inn i formen ved hjelp av kapillærvirkningen til formen for å oppnå kontakt med frøkrystallen , og en enkelt krystall kan dannes under kimkrystalltrekkingen og kontinuerlig størkning. Samtidig har kantstørrelsen og formen på formen visse begrensninger på krystallstørrelsen. Derfor har denne metoden visse begrensninger i påføringsprosessen og kan kun brukes på spesialformede safirkrystaller som rørformede og U-formede.

Safirkrystallvekst ved varmevekslingsmetode

Varmevekslingsmetoden for fremstilling av store safirkrystaller ble oppfunnet av Fred Schmid og Dennis i 1967. Varmevekslingsmetoden har god varmeisolasjonseffekt, kan uavhengig kontrollere temperaturgradienten til smelten og krystallen, har god kontrollerbarhet, og er lettere å dyrke safirkrystaller med lav dislokasjon og stor størrelse.

Fordelen med å bruke varmevekslingsmetoden for å dyrke safirkrystaller er at digelen, krystallen og varmeren ikke beveger seg under krystallvekst, noe som eliminerer strekkvirkningen til kyvo-metoden og trekkemetoden, reduserer menneskelige interferensfaktorer og dermed unngår krystall. defekter forårsaket av mekanisk bevegelse; samtidig kan kjølehastigheten kontrolleres for å redusere den termiske krystallspenningen og de resulterende krystallsprekkene og dislokasjonsdefektene, og kan vokse større krystaller. Den er enklere å drifte og har gode utviklingsmuligheter.

Referansekilder:

[1] Zhu Zhenfeng. Forskning på overflatemorfologi og sprekkskade av safirkrystaller ved kutting av diamanttrådsag

[2] Chang Hui. Applikasjonsforskning på safirkrystallvekstteknologi i stor størrelse

[3] Zhang Xueping. Forskning på safirkrystallvekst og LED-påføring

[4] Liu Jie. Oversikt over fremstillingsmetoder og egenskaper for safirkrystall