Quanto você sabe sobre Sapphire?

Cristal de safiraé cultivado a partir de pó de alumina de alta pureza, com uma pureza superior a 99,995%. É a maior área de demanda para alumina de alta pureza. Tem as vantagens de alta resistência, alta dureza e propriedades químicas estáveis. Pode funcionar em ambientes agressivos, como alta temperatura, corrosão e impacto. É amplamente utilizado em tecnologia de defesa e civil, tecnologia de microeletrônica e outros campos.

Do pó de alumina de alta pureza ao cristal de safira

Principais aplicações de safira

O substrato LED é a maior aplicação de safira. A aplicação do LED na iluminação é a terceira revolução após lâmpadas fluorescentes e lâmpadas de economia de energia. O princípio do LED é converter energia elétrica em energia luminosa. Quando a corrente passa pelo semicondutor, os orifícios e elétrons se combinam, e o excesso de energia é liberado como energia luminosa, finalmente produzindo o efeito da iluminação luminosa.Tecnologia de chips LEDé baseado embolachas epitaxiais. Através de camadas de materiais gasosos depositados no substrato, os materiais do substrato incluem principalmente substrato de silício,substrato de carboneto de silícioe substrato de safira. Entre eles, o substrato de safira tem vantagens óbvias sobre os outros dois métodos de substrato. As vantagens do substrato de safira são refletidas principalmente na estabilidade do dispositivo, tecnologia de preparação madura, não absorção de luz visível, boa transmitância de luz e preço moderado. Segundo dados, 80% das empresas LED do mundo usam a safira como material de substrato.

Além do campo acima mencionado, os cristais de safira também podem ser usados ​​em telas de telefones celulares, equipamentos médicos, decoração de jóias e outros campos. Além disso, eles também podem ser usados ​​como materiais de janela para vários instrumentos de detecção científica, como lentes e prismas.

Preparação de cristais de safira

Em 1964, Poladino, AE e Rotter, BD aplicaram esse método pela primeira vez ao crescimento de cristais de safira. Até agora, um grande número de cristais de safira de alta qualidade foi produzido. O princípio é: primeiro, as matérias -primas são aquecidas ao ponto de fusão para formar um derretimento e, em seguida, uma única semente de cristal (isto é, cristal de semente) é usada para entrar em contato com a superfície do fundido. Devido à diferença de temperatura, a interface líquido sólido entre o cristal de semente e o derretimento é super-resfriado; portanto, o derretimento começa a solidificar na superfície do cristal de semente e começa a cultivar um único cristal com a mesma estrutura cristalina que ocristal de semente. Ao mesmo tempo, o cristal de semente é lentamente puxado para cima e girado a uma certa velocidade. À medida que o cristal de semente é puxado, o derretimento se solidifica gradualmente na interface sólido-líquido e, em seguida, é formado um único cristal. Este é um método de cultivo de cristais a partir de um derretimento puxando um cristal de semente, que pode preparar cristais únicos de alta qualidade a partir do fundido. É um dos métodos de crescimento de cristais comumente usados.

As vantagens do uso do método Czochralski para cultivar cristais são:

(1) a taxa de crescimento é rápida e cristais únicos de alta qualidade podem ser cultivados em um curto período de tempo; 

(2) O cristal cresce na superfície do derretimento e não entra em contato com a parede do cadinho, que pode reduzir efetivamente o estresse interno do cristal e melhorar a qualidade do cristal. 

No entanto, uma grande desvantagem desse método de cultivo de cristais é que o diâmetro do cristal que pode ser cultivado é pequeno, o que não é propício ao crescimento de cristais de tamanho grande.

Método de Kyropoulos para cultivar cristais de safira

O método de Kyropoulos, inventado por Kyropouls em 1926, é referido como método KY. Seu princípio é semelhante ao do método Czochralski, ou seja, o cristal de semente é colocado em contato com a superfície do derretimento e depois puxado lentamente para cima. No entanto, depois que o cristal de semente é puxado para cima por um período de tempo para formar um pescoço de cristal, o cristal de semente não é mais puxado para cima ou girado após a taxa de solidificação da interface entre o fundido e o cristal de semente. O único cristal é gradualmente solidificado de cima para baixo, controlando a taxa de resfriamento e finalmente umúnico cristalé formado.

Os produtos produzidos pelo processo de Kibbling têm as características de alta qualidade, baixa densidade de defeitos, tamanho grande e melhor custo-efetividade.

Crescimento do cristal de safira pelo método de mofo guiado

Como uma tecnologia especial de crescimento de cristal, o método de molde guiado é usado no seguinte princípio: Ao colocar um alto ponto de fusão derreter no molde, o derretimento é sugado para o molde pela ação capilar do molde para obter contato com o cristal de semente, e um único cristal pode ser formado durante a tração do cristal de semente e a solidificação contínua. Ao mesmo tempo, o tamanho e a forma da borda do molde têm certas restrições no tamanho do cristal. Portanto, esse método possui certas limitações no processo de aplicação e é aplicável apenas a cristais de safira em formato especial, como tubular e em forma de U.

Crescimento do cristal de safira por método de troca de calor

O método de troca de calor para a preparação de cristais de safira de grande porte foi inventado por Fred Schmid e Dennis em 1967. O método de troca de calor tem um bom efeito de isolamento térmico, pode controlar independentemente o gradiente de temperatura do fundido e do cristal, tem boa controlabilidade e é mais fácil cultivar cristais de safira com baixo tamanho e tamanho grande.

A vantagem de usar o método de troca de calor para cultivar cristais de safira é que o cadinho, o cristal e o aquecedor não se move durante o crescimento do cristal, eliminando a ação de alongamento do método Kyvo e o método de tração, reduzindo os fatores de interferência humana e, assim, evitando defeitos de cristal causados ​​pelo movimento mecânico; Ao mesmo tempo, a taxa de resfriamento pode ser controlada para reduzir a tensão térmica do cristal e os defeitos de rachaduras de cristal e deslocamento resultantes e podem cultivar cristais maiores. É mais fácil de operar e tem boas perspectivas de desenvolvimento.

Fontes de referência:

[1] Zhu Zhenfeng. Pesquisa sobre morfologia da superfície e dano de rachadura de cristais de safira por fatia de serra de arame de diamante

[2] Chang Hui. Pesquisa de aplicação sobre tecnologia de crescimento de cristal de safira de tamanho grande

[3] Zhang Xueping. Pesquisa sobre crescimento de cristais de safira e aplicação de LED

[4] Liu Jie. Visão geral dos métodos e características de preparação de cristais de safira