Кристали сафира се узгајају од праха високочистог алуминијума са чистоћом од >99,995%, што их чини највећом потражњом за високочистим алуминијумом. Показују високу чврстоћу, високу тврдоћу и стабилна хемијска својства, што им омогућава рад у тешким условима као што су високе температуре, корозија и ударци. Широко се користе у националној одбрани, цивилној технологији, микроелектроници и другим областима.
Од праха алуминијума високе чистоће до кристала сафира
1Кључне примене сафира
У одбрамбеном сектору, сафирни кристали се првенствено користе за инфрацрвене прозоре ракета. Модерно ратовање захтева високу прецизност код ракета, а инфрацрвени оптички прозор је кључна компонента за постизање овог захтева. С обзиром на то да ракете доживљавају интензивну аеродинамичку топлоту и ударе током лета великом брзином, заједно са тешким борбеним окружењима, радом мора поседовати високу чврстоћу, отпорност на ударце и способност да издржи ерозију од песка, кише и других тешких временских услова. Сафирни кристали, са својим одличним преносом светлости, супериорним механичким својствима и стабилним хемијским карактеристикама, постали су идеалан материјал за инфрацрвене прозоре ракета.
ЛЕД подлоге представљају највећу примену сафира. ЛЕД осветљење се сматра трећом револуцијом након флуоресцентних и енергетски штедљивих лампи. Принцип ЛЕД диода укључује претварање електричне енергије у светлосну енергију. Када струја пролази кроз полупроводник, рупе и електрони се комбинују, ослобађајући вишак енергије у облику светлости, што на крају производи осветљење. Технологија ЛЕД чипова заснива се на епитаксијалним плочицама, где се гасовити материјали слој по слој наносе на подлогу. Главни материјали подлоге укључују силицијумске подлоге, силицијум карбидне подлоге и сафирне подлоге. Међу њима, сафирне подлоге нуде значајне предности у односу на друга два, укључујући стабилност уређаја, зрелу технологију припреме, неапсорпцију видљиве светлости, добру пропустљивост светлости и умерену цену. Подаци показују да 80% глобалних ЛЕД компанија користи сафир као материјал за подлогу.
Поред горе поменутих примена, сафирни кристали се користе и у екранима мобилних телефона, медицинским уређајима, декорацији накита и као материјали за прозоре за разне научне инструменте за детекцију као што су сочива и призме.
2. Величина тржишта и изгледи
Вођена подршком политике и ширењем сценарија примене ЛЕД чипова, очекује се да ће потражња за сафирним супстратима и њихова величина тржишта достићи двоцифрени раст. До 2025. године, обим испоруке сафирних супстрата требало би да достигне 103 милиона комада (претворено у супстрате од 4 инча), што представља повећање од 63% у односу на 2021. годину, са сложеном годишњом стопом раста (CAGR) од 13% од 2021. до 2025. године. Очекује се да ће величина тржишта сафирних супстрата достићи 8 милијарди јена до 2025. године, што је повећање од 108% у односу на 2021. годину, са CAGR-ом од 20% од 2021. до 2025. године. Као „претеча“ супстрата, величина тржишта и тренд раста сафирних кристала су евидентни.
3. Припрема кристала сафира
Од 1891. године, када је француски хемичар Вернеј А. изумео метод фузије пламеном за производњу вештачких кристала драгог камења по први пут, проучавање раста вештачких кристала сафира трајало је више од једног века. Током овог периода, напредак у науци и технологији подстакао је опсежна истраживања техника раста сафира како би се задовољили индустријски захтеви за вишим квалитетом кристала, побољшаним стопама искоришћења и смањеним трошковима производње. Појавиле су се разне нове методе и технологије за узгој кристала сафира, као што су Чохралскијева метода, Киропулоса метода, метода раста филмом са дефинисаним ивицама (EFG) и метода размене топлоте (HEM).
3.1 Чохралскијев метод за узгој кристала сафира
Чохралскијева метода, коју је пионирски осмислио Чохралски Ј. 1918. године, позната је и као Чохралскијева техника (скраћено Cz метода). Године 1964, Поладино АЕ и Ротер БД први су применили ову методу за узгој кристала сафира. До данас је произведен велики број висококвалитетних кристала сафира. Принцип укључује топљење сировине да би се формирала растопина, а затим умакање семена монокристала у површину растопљеног материјала. Због температурне разлике на граници чврсто-течно стање, долази до прехлађивања, што узрокује да се растоп стврдне на површини семена и почне да расте монокристал са истом кристалном структуром као и семе. Семе се полако повлачи нагоре док се ротира одређеном брзином. Како се семе повлачи, растоп се постепено стврдњава на граници, формирајући монокристал. Ова метода, која укључује извлачење кристала из растопљеног материјала, једна је од уобичајених техника за припрему висококвалитетних монокристала.
Предности Чохралског метода укључују: (1) брзу стопу раста, што омогућава производњу висококвалитетних монокристала за кратко време; (2) кристали расту на површини растопљеног материјала без контакта са зидом лончића, ефикасно смањујући унутрашњи напон и побољшавајући квалитет кристала. Међутим, главни недостатак овог метода је тешкоћа у узгоју кристала великог пречника, што га чини мање погодним за производњу кристала великих димензија.
3.2 Киропулова метода за узгој кристала сафира
Киропулоса метода, коју је Киропулос изумео 1926. године (скраћено KY метода), дели сличности са Чохралским методом. Она подразумева умакање кристалног семена у површину растопљеног материјала и његово полако повлачење нагоре да би се формирао врат. Када се брзина очвршћавања на граници растопљеног материјала и кристалног семена стабилизује, кристално семе се више не вуче нити ротира. Уместо тога, брзина хлађења се контролише како би се омогућило постепено очвршћавање монокристала одозго надоле, на крају формирајући монокристал.
Киропулосов процес производи кристале високог квалитета, ниске густине дефеката, великих размера и повољне исплативости.
3.3 Метода раста са филмским напајањем (EFG) са дефинисаним ивицама за узгој кристала сафира
EFG метода је технологија раста обликованих кристала. Њен принцип укључује постављање растопа са високом тачком топљења у калуп. Растоп се капиларним дејством повлачи на врх калупа, где долази у контакт са кристалним семеном. Како се семе извлачи и растоп се стврдњава, формира се један кристал. Величина и облик ивице калупа ограничавају димензије кристала. Сходно томе, ова метода има одређена ограничења и првенствено је погодна за обликоване кристале сафира као што су цеви и профили у облику слова U.
3.4 Метода размене топлоте (HEM) за узгој кристала сафира
Метод размене топлоте за припрему великих кристала сафира изумели су Фред Шмид и Денис 1967. године. HEM систем има одличну топлотну изолацију, независну контролу температурног градијента у растопљењу и кристалу и добру контролабилност. Релативно лако производи кристале сафира са малом дислокацијом и великим димензијама.
Предности HEM методе укључују одсуство кретања у лончићу, кристалу и грејачу током раста, елиминишући дејства повлачења као што су она код Киропулоса и Чохралског метода. Ово смањује људско мешање и избегава дефекте кристала изазване механичким кретањем. Поред тога, брзина хлађења се може контролисати како би се минимизирало термичко напрезање и резултирајуће пуцање кристала и дефекти дислокације. Ова метода омогућава раст кристала великих димензија, релативно је једноставна за руковање и има обећавајуће развојне изгледе.
Користећи дубоко искуство у расту и прецизној обради сафирних кристала, XKH пружа комплетна решења за сафирне плочице прилагођена одбрамбеним, ЛЕД и оптоелектронским применама. Поред сафира, испоручујемо комплетан асортиман високоперформансних полупроводничких материјала, укључујући силицијум карбидне (SiC) плочице, силицијумске плочице, SiC керамичке компоненте и кварцне производе. Обезбеђујемо изузетан квалитет, поузданост и техничку подршку за све материјале, помажући купцима да постигну револуционарне перформансе у напредним индустријским и истраживачким применама.
Време објаве: 29. август 2025.