Saffierkristalle word gekweek uit hoë-suiwerheid aluminapoeier met 'n suiwerheid van >99.995%, wat hulle die grootste vraagarea vir hoë-suiwerheid alumina maak. Hulle vertoon hoë sterkte, hoë hardheid en stabiele chemiese eienskappe, wat hulle in staat stel om in strawwe omgewings soos hoë temperature, korrosie en impak te werk. Hulle word wyd gebruik in nasionale verdediging, burgerlike tegnologie, mikro-elektronika en ander velde.
Van hoë-suiwerheid aluminapoeier tot saffierkristalle
1. Belangrike toepassings van saffier
In die verdedigingssektor word saffierkristalle hoofsaaklik vir missiel-infrarooi vensters gebruik. Moderne oorlogvoering vereis hoë presisie in missiele, en die infrarooi optiese venster is 'n kritieke komponent om aan hierdie vereiste te voldoen. Aangesien missiele intense aërodinamiese hitte en impak tydens hoëspoedvlug ervaar, tesame met strawwe gevegsomgewings, moet die radome hoë sterkte, impakweerstand en die vermoë hê om erosie van sand, reën en ander strawwe weerstoestande te weerstaan. Saffierkristalle, met hul uitstekende ligtransmissie, superieure meganiese eienskappe en stabiele chemiese eienskappe, het 'n ideale materiaal vir missiel-infrarooi vensters geword.
LED-substrate verteenwoordig die grootste toepassing van saffier. LED-beligting word beskou as die derde rewolusie na fluoresserende en energiebesparende lampe. Die beginsel van LED's behels die omskakeling van elektriese energie in ligenergie. Wanneer stroom deur 'n halfgeleier beweeg, kombineer gate en elektrone, wat oortollige energie in die vorm van lig vrystel en uiteindelik verligting produseer. LED-skyfietegnologie is gebaseer op epitaksiale wafers, waar gasvormige materiale laag vir laag op 'n substraat neergelê word. Die hoofsubstraatmateriale sluit in silikonsubstrate, silikonkarbiedsubstrate en saffiersubstrate. Onder hierdie bied saffiersubstrate beduidende voordele bo die ander twee, insluitend toestelstabiliteit, volwasse voorbereidingstegnologie, nie-absorpsie van sigbare lig, goeie ligtransmissie en matige koste. Data toon dat 80% van globale LED-maatskappye saffier as hul substraatmateriaal gebruik.
Benewens die bogenoemde toepassings word saffierkristalle ook gebruik in selfoonskerms, mediese toestelle, juweliersware-versiering en as venstermateriaal vir verskeie wetenskaplike opsporingsinstrumente soos lense en prismas.
2. Markgrootte en Vooruitsigte
Gedrewe deur beleidsondersteuning en die uitbreidende toepassingscenario's van LED-skyfies, word verwag dat die vraag na saffiersubstrate en hul markgrootte dubbelsyfergroei sal behaal. Teen 2025 word verwag dat die verskepingsvolume van saffiersubstrate 103 miljoen stukke sal bereik (omgeskakel na 4-duim-substrate), wat 'n toename van 63% in vergelyking met 2021 verteenwoordig, met 'n saamgestelde jaarlikse groeikoers (CAGR) van 13% van 2021 tot 2025. Die markgrootte van saffiersubstrate sal na verwagting teen 2025 ¥8 miljard bereik, 'n toename van 108% in vergelyking met 2021, met 'n CAGR van 20% van 2021 tot 2025. As die "voorloper" van substrate, is die markgrootte en groeitendens van saffierkristalle duidelik.
3. Voorbereiding van Saffierkristalle
Sedert 1891, toe die Franse chemikus Verneuil A. die vlamfusiemetode uitgevind het om kunsmatige edelsteenkristalle vir die eerste keer te produseer, het die studie van kunsmatige saffierkristalgroei meer as 'n eeu geduur. Gedurende hierdie tydperk het vooruitgang in wetenskap en tegnologie uitgebreide navorsing oor saffiergroeitegnieke gedryf om aan industriële eise vir hoër kristalgehalte, verbeterde benuttingstempo's en verminderde produksiekoste te voldoen. Verskeie nuwe metodes en tegnologieë het na vore gekom vir die kweek van saffierkristalle, soos die Czochralski-metode, Kyropoulos-metode, randgedefinieerde film-gevoerde groei (EFG)-metode en hitte-uitruilmetode (HEM).
3.1 Czochralski-metode vir die kweek van saffierkristalle
Die Czochralski-metode, wat in 1918 deur Czochralski J. baanbrekerswerk gedoen is, staan ook bekend as die Czochralski-tegniek (afgekort as die Cz-metode). In 1964 het Poladino AE en Rotter BD hierdie metode vir die eerste keer toegepas om saffierkristalle te kweek. Tot op hede het dit 'n groot aantal hoëgehalte-saffierkristalle geproduseer. Die beginsel behels die smelt van die rou materiaal om 'n smelt te vorm, en dan 'n enkelkristalsaad in die smeltoppervlak te doop. As gevolg van die temperatuurverskil by die vastestof-vloeistof-grensvlak, vind superverkoeling plaas, wat veroorsaak dat die smelt op die saadoppervlak stol en 'n enkelkristal met dieselfde kristalstruktuur as die saad begin groei. Die saad word stadig opwaarts getrek terwyl dit teen 'n sekere spoed roteer. Soos die saad getrek word, stol die smelt geleidelik by die koppelvlak en vorm 'n enkelkristal. Hierdie metode, wat die trek van 'n kristal uit die smelt behels, is een van die algemene tegnieke vir die voorbereiding van hoëgehalte-enkelkristalle.
Die voordele van die Czochralski-metode sluit in: (1) vinnige groeitempo, wat die produksie van hoëgehalte-enkelkristalle in 'n kort tyd moontlik maak; (2) kristalle groei by die smeltoppervlak sonder kontak met die smeltkroeswand, wat interne spanning effektief verminder en die kristalkwaliteit verbeter. 'n Groot nadeel van hierdie metode is egter die moeilikheid om kristalle met groot deursnee te kweek, wat dit minder geskik maak vir die produksie van groot kristalle.
3.2 Kyropoulos-metode vir die kweek van saffierkristalle
Die Kyropoulos-metode, uitgevind deur Kyropoulos in 1926 (afgekort as die KY-metode), deel ooreenkomste met die Czochralski-metode. Dit behels die doop van 'n saadkristal in die smeltoppervlak en die stadige opwaartse trek daarvan om 'n nek te vorm. Sodra die stollingstempo by die smelt-saad-koppelvlak stabiliseer, word die saad nie meer getrek of geroteer nie. In plaas daarvan word die afkoeltempo beheer om die enkelkristal geleidelik van bo af ondertoe te stol en uiteindelik 'n enkelkristal te vorm.
Die Kyropoulos-proses produseer kristalle met hoë gehalte, lae defekdigtheid, groot en gunstige koste-effektiwiteit.
3.3 Randgedefinieerde Filmgevoede Groei (EFG) Metode vir die Kweek van Saffierkristalle
Die EFG-metode is 'n gevormde kristalgroeitegnologie. Die beginsel daarvan behels die plasing van 'n hoë-smeltpunt-smelt in 'n vorm. Die smelt word deur kapillêre werking na die bokant van die vorm getrek, waar dit met die saadkristal in aanraking kom. Soos die saad getrek word en die smelt stol, vorm 'n enkele kristal. Die grootte en vorm van die vormrand beperk die kristalafmetings. Gevolglik het hierdie metode sekere beperkings en is dit hoofsaaklik geskik vir gevormde saffierkristalle soos buise en U-vormige profiele.
3.4 Hitte-uitruilmetode (HEM) vir die kweek van saffierkristalle
Die hitte-uitruilmetode vir die voorbereiding van groot saffierkristalle is in 1967 deur Fred Schmid en Dennis uitgevind. Die HEM-stelsel beskik oor uitstekende termiese isolasie, onafhanklike beheer van die temperatuurgradiënt in die smelt en kristal, en goeie beheerbaarheid. Dit produseer relatief maklik saffierkristalle met lae ontwrigting en groot.
Die voordele van die HEM-metode sluit in die afwesigheid van beweging in die kroesie, kristal en verwarmer tydens groei, wat trekaksies soos dié in die Kyropoulos- en Czochralski-metodes uitskakel. Dit verminder menslike inmenging en vermy kristaldefekte wat deur meganiese beweging veroorsaak word. Daarbenewens kan die verkoelingstempo beheer word om termiese spanning en gevolglike kristalkraak- en ontwrigtingsdefekte te verminder. Hierdie metode maak die groei van groot kristalle moontlik, is relatief maklik om te gebruik en hou belowende ontwikkelingsvooruitsigte in.
Deur gebruik te maak van diepgaande kundigheid in saffierkristalgroei en presisieverwerking, bied XKH end-tot-end pasgemaakte saffierwafeloplossings wat aangepas is vir verdedigings-, LED- en opto-elektroniese toepassings. Benewens saffier, verskaf ons 'n volledige reeks hoëprestasie-halfgeleiermateriale, insluitend silikonkarbied (SiC)-wafers, silikonwafers, SiC-keramiekkomponente en kwartsprodukte. Ons verseker uitsonderlike gehalte, betroubaarheid en tegniese ondersteuning oor alle materiale, wat kliënte help om deurbraakprestasie in gevorderde industriële en navorsingstoepassings te behaal.
Plasingstyd: 29 Augustus 2025