Kristali safira se uzgajaju iz praha visokočistog aluminijevog oksida s čistoćom >99,995%, što ih čini najtraženijim područjem za visokočisti aluminijev oksid. Pokazuju visoku čvrstoću, visoku tvrdoću i stabilna hemijska svojstva, što im omogućava rad u teškim okruženjima kao što su visoke temperature, korozija i udari. Široko se koriste u nacionalnoj odbrani, civilnoj tehnologiji, mikroelektronici i drugim oblastima.
Od visokočistog praha aluminijevog oksida do safirnih kristala
1Ključne primjene safira
U odbrambenom sektoru, safirni kristali se prvenstveno koriste za infracrvene prozore raketa. Moderno ratovanje zahtijeva visoku preciznost kod raketa, a infracrveni optički prozor je ključna komponenta za postizanje ovog zahtjeva. S obzirom na to da rakete doživljavaju intenzivnu aerodinamičku toplinu i udare tokom leta velikom brzinom, zajedno s teškim borbenim okruženjima, radom mora posjedovati visoku čvrstoću, otpornost na udarce i sposobnost da izdrži eroziju od pijeska, kiše i drugih teških vremenskih uslova. Safirni kristali, sa svojim odličnim prenosom svjetlosti, superiornim mehaničkim svojstvima i stabilnim hemijskim karakteristikama, postali su idealan materijal za infracrvene prozore raketa.
LED podloge predstavljaju najveću primjenu safira. LED rasvjeta se smatra trećom revolucijom nakon fluorescentnih i energetski štedljivih lampi. Princip LED dioda uključuje pretvaranje električne energije u svjetlosnu energiju. Kada struja prolazi kroz poluprovodnik, šupljine i elektroni se kombinuju, oslobađajući višak energije u obliku svjetlosti, što na kraju proizvodi osvjetljenje. Tehnologija LED čipova zasniva se na epitaksijalnim pločicama, gdje se gasoviti materijali sloj po sloj nanose na podlogu. Glavni materijali podloge uključuju silicijumske podloge, silicijum-karbidne podloge i safirne podloge. Među njima, safirne podloge nude značajne prednosti u odnosu na druga dva, uključujući stabilnost uređaja, zrelu tehnologiju pripreme, neapsorpciju vidljive svjetlosti, dobru propusnost svjetlosti i umjerenu cijenu. Podaci pokazuju da 80% globalnih LED kompanija koristi safir kao materijal za podlogu.
Pored prethodno spomenutih primjena, safirni kristali se koriste i u ekranima mobilnih telefona, medicinskim uređajima, ukrašavanju nakita i kao materijali za prozore za razne naučne instrumente za detekciju poput sočiva i prizmi.
2. Veličina tržišta i izgledi
Vođeni podrškom politika i širenjem scenarija primjene LED čipova, očekuje se da će potražnja za safirnim supstratima i njihova veličina tržišta ostvariti dvocifreni rast. Do 2025. godine, predviđa se da će obim isporuke safirnih supstrata dostići 103 miliona komada (preračunato u supstrate od 4 inča), što predstavlja povećanje od 63% u odnosu na 2021. godinu, sa složenom godišnjom stopom rasta (CAGR) od 13% od 2021. do 2025. godine. Očekuje se da će veličina tržišta safirnih supstrata dostići 8 milijardi jena do 2025. godine, što je povećanje od 108% u odnosu na 2021. godinu, sa složenom godišnjom stopom rasta (CAGR) od 20% od 2021. do 2025. godine. Kao "prethodnik" supstrata, veličina tržišta i trend rasta safirnih kristala su evidentni.
3. Priprema safirnih kristala
Od 1891. godine, kada je francuski hemičar Verneuil A. izumio metodu fuzije plamenom kako bi prvi put proizveo vještačke kristale dragog kamenja, proučavanje rasta vještačkih kristala safira trajalo je više od jednog stoljeća. Tokom ovog perioda, napredak u nauci i tehnologiji potaknuo je opsežna istraživanja tehnika rasta safira kako bi se zadovoljili industrijski zahtjevi za višim kvalitetom kristala, poboljšanim stopama iskorištenja i smanjenim troškovima proizvodnje. Pojavile su se različite nove metode i tehnologije za uzgoj kristala safira, kao što su Czochralskijeva metoda, Kyropoulosova metoda, metoda rasta s napajanim filmom s definiranim rubom (EFG) i metoda izmjene topline (HEM).
3.1 Czochralskijeva metoda za uzgoj kristala safira
Czochralskijeva metoda, koju je pionirski osmislio Czochralski J. 1918. godine, poznata je i kao Czochralskijeva tehnika (skraćeno Cz metoda). Godine 1964. Poladino AE i Rotter BD prvi su primijenili ovu metodu za uzgoj kristala safira. Do danas je proizveden veliki broj visokokvalitetnih kristala safira. Princip uključuje topljenje sirovine da bi se formirala talina, a zatim uranjanje monokristalnog zrna u površinu taline. Zbog temperaturne razlike na granici čvrsto-tečno stanje, dolazi do pothlađenja, što uzrokuje da se talina očvrsne na površini klice i počne rasti monokristal s istom kristalnom strukturom kao i klica. Klica se polako povlači prema gore dok se rotira određenom brzinom. Kako se klica povlači, talina se postepeno očvršćava na granici, formirajući monokristal. Ova metoda, koja uključuje izvlačenje kristala iz taline, jedna je od uobičajenih tehnika za pripremu visokokvalitetnih monokristala.
Prednosti Czochralski metode uključuju: (1) brzu stopu rasta, što omogućava proizvodnju visokokvalitetnih monokristala u kratkom vremenu; (2) kristali rastu na površini taline bez kontakta sa stijenkom lončića, što efikasno smanjuje unutrašnji napon i poboljšava kvalitet kristala. Međutim, glavni nedostatak ove metode je poteškoća u uzgoju kristala velikog promjera, što je čini manje pogodnom za proizvodnju kristala velikih dimenzija.
3.2 Kyropoulosova metoda za uzgoj kristala safira
Kyropoulosova metoda, koju je Kyropoulos izumio 1926. godine (skraćeno KY metoda), dijeli sličnosti s Czochralskijevom metodom. Uključuje uranjanje kristalne sjemenke u površinu taline i njeno polako povlačenje prema gore kako bi se formirao vrat. Nakon što se brzina skrućivanja na granici taline i sjemena stabilizira, sjeme se više ne povlači niti rotira. Umjesto toga, brzina hlađenja se kontrolira kako bi se omogućilo monokristalu da se postepeno skrući od vrha prema dolje, na kraju formirajući monokristal.
Kyropoulosov proces proizvodi kristale visokog kvaliteta, niske gustoće defekata, velikih dimenzija i povoljne isplativosti.
3.3 Metoda rasta kristala safira s definiranim rubovima i napajanjem filma (EFG)
EFG metoda je tehnologija rasta oblikovanih kristala. Njen princip uključuje stavljanje rastopa visoke tačke topljenja u kalup. Rastopa se kapilarnim djelovanjem privlači na vrh kalupa, gdje dolazi u kontakt sa sjemenskim kristalom. Kako se sjeme povlači i rastopa se stvrdnjava, formira se monokristal. Veličina i oblik ruba kalupa ograničavaju dimenzije kristala. Posljedično, ova metoda ima određena ograničenja i prvenstveno je pogodna za oblikovane kristale safira kao što su cijevi i profili u obliku slova U.
3.4 Metoda izmjene topline (HEM) za uzgoj kristala safira
Metodu izmjene toplote za pripremu velikih safirnih kristala izumili su Fred Schmid i Dennis 1967. godine. HEM sistem ima odličnu toplotnu izolaciju, nezavisnu kontrolu temperaturnog gradijenta u talini i kristalu, te dobru upravljivost. Relativno lako proizvodi safirne kristale sa niskom dislokacijom i velikim dimenzijama.
Prednosti HEM metode uključuju odsustvo kretanja lončića, kristala i grijača tokom rasta, čime se eliminišu radnje povlačenja poput onih kod Kyropoulosove i Czochralskijeve metode. Ovo smanjuje ljudsko uplitanje i izbjegava defekte kristala uzrokovane mehaničkim kretanjem. Osim toga, brzina hlađenja se može kontrolisati kako bi se minimizirao termički stres i rezultirajući defekti pucanja kristala i dislokacije. Ova metoda omogućava rast kristala velikih dimenzija, relativno je jednostavna za rukovanje i ima obećavajuće izglede za razvoj.
Koristeći duboko stručno znanje u rastu i preciznoj obradi safirnih kristala, XKH pruža kompletna prilagođena rješenja za safirne pločice prilagođena primjenama u odbrani, LED i optoelektronici. Pored safira, isporučujemo kompletan asortiman visokoperformansnih poluprovodničkih materijala, uključujući silicijum-karbidne (SiC) pločice, silicijumske pločice, SiC keramičke komponente i kvarcne proizvode. Osiguravamo izuzetan kvalitet, pouzdanost i tehničku podršku za sve materijale, pomažući kupcima da postignu revolucionarne performanse u naprednim industrijskim i istraživačkim primjenama.
Vrijeme objave: 29. avg. 2025.