Safírkristallar eru ræktaðir úr hágæða áloxíðdufti með hreinleika >99,995%, sem gerir þá að mestu eftirspurn eftir hágæða áloxíði. Þeir sýna mikinn styrk, mikla hörku og stöðuga efnafræðilega eiginleika, sem gerir þeim kleift að starfa í erfiðu umhverfi eins og háum hita, tæringu og höggum. Þeir eru mikið notaðir í þjóðarvörnum, borgaralegri tækni, ör-rafeindatækni og öðrum sviðum.
Frá hágæða áloxíðdufti til safírkristalla
1Helstu notkunarmöguleikar safírs
Í varnarmálum eru safírkristallar aðallega notaðir í innrauða glugga fyrir eldflaugar. Nútímahernaður krefst mikillar nákvæmni í eldflaugum og innrauði ljósglugginn er mikilvægur þáttur til að ná þessari kröfu. Þar sem eldflaugar verða fyrir miklum loftaflfræðilegum hita og höggum á miklum hraða, ásamt erfiðu bardagaumhverfi, verður radómurinn að hafa mikinn styrk, höggþol og getu til að standast rof frá sandi, rigningu og öðrum erfiðum veðurskilyrðum. Safírkristallar, með framúrskarandi ljósleiðni, yfirburða vélræna eiginleika og stöðuga efnafræðilega eiginleika, hafa orðið kjörið efni fyrir innrauða glugga fyrir eldflaugar.
LED undirlag er stærsta notkun safírs. LED lýsing er talin vera þriðja byltingin á eftir flúrperum og orkusparandi perum. Meginreglan á bak við LED ljós felst í því að umbreyta raforku í ljósorku. Þegar straumur fer í gegnum hálfleiðara sameinast holur og rafeindir, sem losar umframorku í formi ljóss og framleiðir að lokum lýsingu. LED flísartækni byggist á epitaxial skífum, þar sem loftkennd efni eru sett lag fyrir lag á undirlag. Helstu undirlagsefnin eru kísill undirlag, kísillkarbíð undirlag og safír undirlag. Meðal þessara undirlaga bjóða safír undirlag upp á verulega kosti umfram hin tvö, þar á meðal stöðugleika tækja, þroskaða undirbúningstækni, ekki frásogandi sýnilegt ljós, góða ljósgegndræpi og hóflegan kostnað. Gögn sýna að 80% af alþjóðlegum LED fyrirtækjum nota safír sem undirlagsefni sitt.
Auk fyrrnefndra nota eru safírkristallar einnig notaðir í farsímaskjái, lækningatæki, skartgripaskreytingar og sem gluggaefni fyrir ýmis vísindaleg greiningartæki eins og linsur og prisma.
2. Markaðsstærð og horfur
Knúið áfram af stefnumótun og vaxandi notkunarsviðum LED-flísa er gert ráð fyrir að eftirspurn eftir safírundirlögum og markaðsstærð þeirra muni ná tveggja stafa vexti. Árið 2025 er gert ráð fyrir að sendingarmagn safírundirlaga muni ná 103 milljónum eininga (breytt í 4 tommu undirlög), sem er 63% aukning miðað við 2021, með samsettum árlegum vexti (CAGR) upp á 13% frá 2021 til 2025. Markaðsstærð safírundirlaga er gert ráð fyrir að ná 8 milljörðum jena árið 2025, sem er 108% aukning miðað við 2021, með 20% samsettum árlegum vexti frá 2021 til 2025. Sem „forveri“ undirlaga er markaðsstærð og vaxtarþróun safírkristalla augljós.
3. Undirbúningur safírkristalla
Frá árinu 1891, þegar franski efnafræðingurinn Verneuil A. fann upp logasamrunaaðferðina til að framleiða gervisteinakristalla í fyrsta skipti, hefur rannsókn á vexti gervisafírkristalla spannað meira en öld. Á þessu tímabili hafa framfarir í vísindum og tækni knúið áfram umfangsmiklar rannsóknir á safírræktunaraðferðum til að mæta iðnaðarkröfum um hærri kristalgæði, bætta nýtingu og lægri framleiðslukostnað. Ýmsar nýjar aðferðir og tækni hafa komið fram til að rækta safírkristalla, svo sem Czochralski-aðferðin, Kyropoulos-aðferðin, aðferðin með brúnafrávikum (EFG) og varmaskiptaaðferðin (HEM).
3.1 Czochralski aðferðin til að rækta safírkristalla
Czochralski aðferðin, sem Czochralski J. þróaði árið 1918, er einnig þekkt sem Czochralski tæknin (stytt sem Cz aðferðin). Árið 1964 beittu Poladino AE og Rotter BD þessari aðferð fyrst til að rækta safírkristalla. Hingað til hefur hún framleitt fjölda hágæða safírkristalla. Meginreglan felst í því að bræða hráefnið til að mynda bráðið efni og síðan dýfa einkristallsfræi í yfirborð bráðins efnis. Vegna hitamismunar á millifleti fasts efnis og vökva á sér stað ofurkæling, sem veldur því að bráðið storknar á yfirborði fræsins og byrjar að mynda einkristall með sömu kristalbyggingu og fræið. Fræið er hægt dregið upp á við á ákveðnum hraða. Þegar fræið er dregið storknar bráðið smám saman á millifletinum og myndar einkristall. Þessi aðferð, sem felur í sér að draga kristal úr bráðinu, er ein algengasta aðferðin til að búa til hágæða einkristalla.
Kostir Czochralski-aðferðarinnar eru meðal annars: (1) hraður vaxtarhraði, sem gerir kleift að framleiða hágæða einkristalla á stuttum tíma; (2) kristallar vaxa við bráðið yfirborð án snertingar við vegg deiglunnar, sem dregur á áhrifaríkan hátt úr innri spennu og bætir gæði kristalanna. Hins vegar er helsti galli þessarar aðferðar erfiðleikinn við að rækta kristalla með stórum þvermál, sem gerir hana óhentugari til að framleiða stóra kristalla.
3.2 Kyropoulos aðferð til að rækta safírkristalla
Kyropoulos-aðferðin, sem Kyropoulos fann upp árið 1926 (stytt sem KY-aðferðin), á sér líkindi við Czochralski-aðferðina. Hún felur í sér að dýfa frækristalli í bráðið yfirborð og draga hann hægt upp til að mynda háls. Þegar storknunarhraðinn á millifleti bráðins og fræsins hefur náð jafnvægi er fræinu hætt að draga eða snúa. Í staðinn er kælingarhraðinn stýrður til að leyfa einkristallinum að storkna smám saman ofan frá og niður og að lokum mynda einn kristal.
Kyropoulos-ferlið framleiðir kristalla með hágæða, lágum gallaþéttleika, miklum og hagstæðri hagkvæmni.
3.3 Aðferð til að rækta safírkristalla með brúnarskilgreiningu (EFG)
EFG aðferðin er tækni til að rækta mótaða kristalla. Meginreglan felst í því að setja bráðið efni með háu bræðslumarki í mót. Bræðslan er dregin upp í topp mótsins með háræðavirkni þar sem hún kemst í snertingu við frækristallinn. Þegar fræið er dregið og bræðslan storknar myndast einn kristall. Stærð og lögun brúnarinnar á mótinu takmarkar stærðir kristalsins. Þar af leiðandi hefur þessi aðferð ákveðnar takmarkanir og hentar fyrst og fremst fyrir mótaða safírkristalla eins og rör og U-laga prófíla.
3.4 Varmaskiptaaðferð (HEM) fyrir ræktun safírkristalla
Varmaskiptaaðferðin til að búa til stóra safírkristalla var fundin upp af Fred Schmid og Dennis árið 1967. HEM kerfið býður upp á framúrskarandi varmaeinangrun, sjálfstæða stjórn á hitastigshalla í bráðnu efni og kristöllum og góða stjórnhæfni. Það framleiðir tiltölulega auðveldlega safírkristalla með litlum tilfærslum og stórum.
Kostir HEM aðferðarinnar eru meðal annars að hreyfing í deiglu, kristöllum og hitara er ekki til staðar meðan á vexti stendur, sem útilokar togvirkni eins og í aðferðum Kyropoulos og Czochralski. Þetta dregur úr afskiptum manna og kemur í veg fyrir kristallagalla af völdum vélrænnar hreyfingar. Að auki er hægt að stjórna kælihraðanum til að lágmarka hitastreitu og afleidda sprungu- og tilfærslugalla í kristöllum. Þessi aðferð gerir kleift að vaxa stóra kristalla, er tiltölulega auðveld í notkun og hefur efnilegar þróunarmöguleika.
Með djúpri þekkingu á safírkristallarækt og nákvæmri vinnslu býður XKH upp á heildarlausnir fyrir safírskífur, sniðnar að notkun í varnarmálum, LED-ljósum og ljósleiðaraiðnaði. Auk safírs bjóðum við upp á fjölbreytt úrval af afkastamiklum hálfleiðaraefnum, þar á meðal kísilkarbíð (SiC) skífum, kísilskífum, SiC keramikíhlutum og kvarsvörum. Við tryggjum framúrskarandi gæði, áreiðanleika og tæknilega aðstoð fyrir öll efni og hjálpum viðskiptavinum að ná byltingarkenndum árangri í háþróaðri iðnaðar- og rannsóknarforritum.
Birtingartími: 29. ágúst 2025