Quanto você sabe sobre safira?

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

Do pó de alumina de alta pureza ao cristal de safira

Principais aplicações da safira

O substrato de LED é a maior aplicação de safira. A aplicação de LED na iluminação é a terceira revolução depois das lâmpadas fluorescentes e das lâmpadas economizadoras de energia. O princípio do LED é converter energia elétrica em energia luminosa. Quando a corrente passa pelo semicondutor, os buracos e os elétrons se combinam, e o excesso de energia é liberado como energia luminosa, produzindo finalmente o efeito de 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 refletem-se 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 de LED no mundo utilizam safira como material de substrato.

Além da área mencionada acima, os cristais de safira também podem ser usados ​​em telas de celulares, equipamentos médicos, decoração de joias e outras áreas. 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 este 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 até o ponto de fusão para formar um fundido e, em seguida, uma única semente de cristal (ou seja, cristal semente) é usada para entrar em contato com a superfície do fundido. Devido à diferença de temperatura, a interface sólido-líquido entre o cristal semente e o fundido é super-resfriada, de modo que o fundido começa a solidificar na superfície do cristal semente e começa a crescer um único cristal com a mesma estrutura cristalina docristal de semente. Ao mesmo tempo, o cristal-semente é lentamente puxado para cima e girado a uma certa velocidade. À medida que o cristal semente é puxado, o fundido solidifica gradualmente na interface sólido-líquido e então um único cristal é formado. Este é um método de cultivo de cristais a partir de um fundido, extraindo um cristal semente, que pode preparar cristais únicos de alta qualidade a partir do fundido. É um dos métodos de crescimento de cristal comumente usados.

As vantagens de usar o 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 fundido e não entra em contato com a parede do cadinho, o que pode efetivamente reduzir o estresse interno do cristal e melhorar a qualidade do cristal. 

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

Método Kyropoulos para cultivo de cristais de safira

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

Os produtos produzidos pelo processo de ração possuem características de alta qualidade, baixa densidade de defeitos, grande tamanho e melhor custo-benefício.

Crescimento de cristal de safira pelo método de molde guiado

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

Crescimento de cristal de safira pelo método de troca de calor

O método de troca de calor para preparar cristais de safira de grande tamanho foi inventado por Fred Schmid e Dennis em 1967. O método de troca de calor tem bom efeito de isolamento térmico, pode controlar independentemente o gradiente de temperatura do fundido e do cristal, tem boa controlabilidade e é é mais fácil cultivar cristais de safira com baixo deslocamento 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 movem durante o crescimento do cristal, eliminando a ação de estiramento do método kyvo e do método de tração, reduzindo os fatores de interferência humana e evitando assim o cristal defeitos causados ​​por movimento mecânico; ao mesmo tempo, a taxa de resfriamento pode ser controlada para reduzir o estresse térmico do cristal e os defeitos resultantes de rachaduras e deslocamentos do cristal, e pode fazer crescer 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 danos por rachaduras em cristais de safira por corte de serra com fio diamantado

[2] Chang Hui. Pesquisa de aplicação em tecnologia de crescimento de cristal de safira de grande porte

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

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