A zafírkristályokat nagy tisztaságú, 99,995%-nál nagyobb tisztaságú alumínium-oxid porból termesztik, így ezek a legnagyobb keresletű területek a nagy tisztaságú alumínium-oxidok iránt. Nagy szilárdsággal, nagy keménységgel és stabil kémiai tulajdonságokkal rendelkeznek, így képesek működni olyan zord környezetben, mint a magas hőmérséklet, a korrózió és az ütések. Széles körben használják őket a nemzetvédelemben, a polgári technológiában, a mikroelektronikában és más területeken.
A nagy tisztaságú alumínium-oxid portól a zafírkristályokig
1A zafír főbb alkalmazásai
A védelmi szektorban a zafírkristályokat elsősorban rakéták infravörös ablakaihoz használják. A modern hadviselés nagy pontosságot követel meg a rakétáktól, és az infravörös optikai ablak kritikus fontosságú elem ennek a követelménynek az eléréséhez. Figyelembe véve, hogy a rakéták nagy sebességű repülés közben intenzív aerodinamikai hőnek és ütéseknek vannak kitéve, valamint a zord harci környezetnek, a radommal nagy szilárdsággal, ütésállósággal és a homok, eső és más zord időjárási viszonyok okozta eróziónak való ellenállással kell rendelkeznie. A zafírkristályok kiváló fényáteresztő képességükkel, kiemelkedő mechanikai tulajdonságaikkal és stabil kémiai jellemzőikkel ideális anyaggá váltak a rakéták infravörös ablakaihoz.
A LED-es szubsztrátok jelentik a zafír legnagyobb alkalmazását. A LED-es világítást a fénycsövek és az energiatakarékos lámpák után a harmadik forradalomnak tekintik. A LED-ek elve az elektromos energia fényenergiává alakítása. Amikor az áram áthalad egy félvezetőn, lyukak és elektronok egyesülnek, felesleges energiát szabadítva fel fény formájában, végső soron megvilágítást hozva létre. A LED-chip technológia epitaxiális lapkákon alapul, ahol gáznemű anyagokat rétegről rétegre raknak le egy szubsztrátumra. A fő szubsztrátum anyagok közé tartoznak a szilícium-szubsztrátok, a szilícium-karbid szubsztrátok és a zafír-szubsztrátok. Ezek közül a zafír-szubsztrátok jelentős előnyöket kínálnak a másik kettővel szemben, beleértve az eszköz stabilitását, az érett előkészítési technológiát, a látható fény nem abszorpcióját, a jó fényáteresztő képességet és a mérsékelt költségeket. Az adatok azt mutatják, hogy a globális LED-gyártó vállalatok 80%-a zafírt használ szubsztrátumként.
A fent említett alkalmazásokon kívül a zafírkristályokat mobiltelefon-képernyőkben, orvostechnikai eszközökben, ékszerek díszítésében és különféle tudományos érzékelő eszközök, például lencsék és prizmák ablakanyagaként is használják.
2. Piacméret és kilátások
A szakpolitikai támogatásnak és a LED-chipek bővülő alkalmazási lehetőségei miatt a zafír hordozók iránti kereslet és piaci méretük várhatóan kétszámjegyű növekedést ér el. 2025-re a zafír hordozók szállítmányainak mennyisége várhatóan eléri a 103 millió darabot (4 hüvelykes hordozókra konvertálva), ami 63%-os növekedést jelent 2021-hez képest, 13%-os összetett éves növekedési ütemmel (CAGR) 2021 és 2025 között. A zafír hordozók piacának mérete várhatóan eléri a 8 milliárd jent 2025-re, ami 108%-os növekedést jelent 2021-hez képest, 20%-os összetett éves növekedési ütemmel 2021 és 2025 között. A hordozók „előfutáraként” a zafírkristályok piaci mérete és növekedési trendje egyértelmű.
3. Zafírkristályok előállítása
1891 óta, amikor a francia vegyész, Verneuil A. először találta fel a lángfúziós módszert mesterséges drágakőkristályok előállítására, a mesterséges zafírkristály-növesztés tanulmányozása több mint egy évszázadon át folyik. Ebben az időszakban a tudomány és a technológia fejlődése széleskörű kutatásokat indított a zafírnövesztési technikák terén, hogy megfeleljenek az ipari igényeknek a jobb kristályminőség, a jobb kihasználtsági arány és a csökkentett termelési költségek iránt. Számos új módszer és technológia jelent meg a zafírkristályok növesztésére, mint például a Czochralski-módszer, a Kyropoulos-módszer, az élhatárolt filmnövesztési (EFG) módszer és a hőcserélő módszer (HEM).
3.1 Czochralski-módszer zafírkristályok növesztésére
A Czochralski-módszert, amelyet Czochralski J. úttörő munkájával kezdett 1918-ban, Czochralski-technikaként is ismerik (rövidítve Cz-módszer). 1964-ben a Poladino AE és a Rotter BD alkalmazta először ezt a módszert zafírkristályok növesztésére. A mai napig nagyszámú kiváló minőségű zafírkristályt állítottak elő vele. Az elv lényege, hogy a nyersanyagot megolvasztják olvadékká, majd egykristályos magot mártanak az olvadék felületébe. A szilárd-folyadék határfelületen fellépő hőmérsékletkülönbség miatt túlhűtés történik, aminek következtében az olvadék megszilárdul a mag felületén, és elkezd egy olyan egykristályt növeszteni, amelynek kristályszerkezete megegyezik a magéval. A magot lassan felfelé húzzák, miközben bizonyos sebességgel forgatják. Ahogy a magot húzzák, az olvadék fokozatosan megszilárdul a határfelületen, egykristályt képezve. Ez a módszer, amely magában foglalja egy kristály kihúzását az olvadékból, az egyik elterjedt technika a kiváló minőségű egykristályok előállítására.
A Czochralski-módszer előnyei a következők: (1) gyors növekedési sebesség, amely lehetővé teszi kiváló minőségű egykristályok előállítását rövid idő alatt; (2) a kristályok az olvadék felületén nőnek anélkül, hogy érintkeznének a tégely falával, hatékonyan csökkentve a belső feszültséget és javítva a kristályok minőségét. A módszer egyik fő hátránya azonban a nagy átmérőjű kristályok növesztésének nehézsége, ami miatt kevésbé alkalmas nagyméretű kristályok előállítására.
3.2 Kyropoulos-módszer zafírkristályok növesztésére
A Kyropoulos által 1926-ban feltalált Kyropoulos-módszer (rövidítve KY-módszer) hasonlóságokat mutat a Czochralski-módszerrel. E módszer lényege, hogy egy oltókristályt mártanak az olvadék felületébe, és lassan felfelé húzzák, hogy nyakat képezzenek. Amint az olvadék és az oltókristály határfelületén a megszilárdulási sebesség stabilizálódik, az oltókristályt már nem húzzák vagy forgatják. Ehelyett a hűtési sebességet szabályozzák, hogy az egykristály fokozatosan, felülről lefelé szilárduljon meg, végül egykristályt képezve.
A Kyropoulos-eljárás kiváló minőségű, alacsony hibasűrűségű, nagyméretű és kedvező költséghatékonyságú kristályokat eredményez.
3.3 Zafírkristályok növesztésére szolgáló élve meghatározott filmadagolású (EFG) módszer
Az EFG módszer egy formázott kristálynövesztő technológia. Elve szerint egy magas olvadáspontú olvadékot helyeznek egy öntőformába. Az olvadék kapilláris hatás révén a forma tetejére kerül, ahol érintkezik az oltókristállyal. Ahogy a oltókristályt húzza és az olvadék megszilárdul, egyetlen kristály alakul ki. A forma szélének mérete és alakja korlátozza a kristály méreteit. Következésképpen ennek a módszernek vannak bizonyos korlátai, és elsősorban formázott zafírkristályokhoz, például csövekhez és U alakú profilokhoz alkalmas.
3.4 Hőcserélő módszer (HEM) zafírkristályok növesztésére
A nagyméretű zafírkristályok előállítására szolgáló hőcserélő módszert Fred Schmid és Dennis találta fel 1967-ben. A HEM rendszer kiváló hőszigeteléssel, az olvadék és a kristály hőmérséklet-gradiensének független szabályozásával és jó szabályozhatósággal rendelkezik. Viszonylag könnyen állít elő alacsony diszlokációjú és nagyméretű zafírkristályokat.
A HEM módszer előnyei közé tartozik a tégely, a kristály és a fűtőtest mozgásának hiánya a növekedés során, így kiküszöbölhetők a Kyropoulos és Czochralski módszerekhez hasonló húzóhatások. Ez csökkenti az emberi beavatkozást és elkerüli a mechanikai mozgás okozta kristályhibákat. Ezenkívül a hűtési sebesség szabályozható a hőfeszültség és az ebből eredő kristályrepedés és diszlokációs hibák minimalizálása érdekében. Ez a módszer lehetővé teszi nagy méretű kristályok növekedését, viszonylag könnyen kezelhető, és ígéretes fejlesztési kilátásokat rejt magában.
A zafírkristály-növesztés és -precíziós megmunkálás terén szerzett mélyreható szakértelmére építve az XKH teljes körű, egyedi zafír ostyamegoldásokat kínál, amelyeket védelmi, LED és optoelektronikai alkalmazásokhoz szabtak. A zafír mellett nagy teljesítményű félvezető anyagok teljes skáláját szállítjuk, beleértve a szilícium-karbid (SiC) ostyákat, szilícium ostyákat, SiC kerámia alkatrészeket és kvarctermékeket. Kivételes minőséget, megbízhatóságot és műszaki támogatást biztosítunk minden anyag esetében, segítve ügyfeleinket áttörő teljesítmény elérésében a fejlett ipari és kutatási alkalmazásokban.
Közzététel ideje: 2025. augusztus 29.