¿Cuánto sabes sobre el zafiro?

Cristal de zafirose cultiva desde polvo de alúmina de alta pureza con una pureza de más del 99.995%. Es el área de demanda más grande para alúmina de alta pureza. Tiene las ventajas de alta resistencia, alta dureza y propiedades químicas estables. Puede funcionar en entornos hostiles como alta temperatura, corrosión e impacto. Se utiliza ampliamente en defensa y tecnología civil, tecnología de microelectrónica y otros campos.

Desde polvo de alúmina de alta pureza hasta cristal de zafiro

Aplicaciones clave del zafiro

El sustrato LED es la mayor aplicación de zafiro. La aplicación de LED en la iluminación es la tercera revolución después de lámparas fluorescentes y lámparas de ahorro de energía. El principio de LED es convertir la energía eléctrica en energía de la luz. Cuando la corriente pasa a través del semiconductor, los agujeros y los electrones se combinan, y el exceso de energía se libera como energía de la luz, y finalmente produce el efecto de la iluminación luminosa.Tecnología de chips LEDse basa enobleas epitaxiales. A través de capas de materiales gaseosos depositados en el sustrato, los materiales del sustrato incluyen principalmente sustrato de silicio,sustrato de carburo de silicioy sustrato de zafiro. Entre ellos, el sustrato de zafiro tiene ventajas obvias sobre los otros dos métodos de sustrato. Las ventajas del sustrato de zafiro se reflejan principalmente en la estabilidad del dispositivo, la tecnología de preparación madura, la no absorción de la luz visible, la buena transmitancia de la luz y el precio moderado. Según los datos, el 80% de las empresas LED en el mundo usan zafiro como material de sustrato.

Además del campo mencionado anteriormente, los cristales de zafiro también se pueden usar en pantallas de teléfonos móviles, equipos médicos, decoración de joyas y otros campos. Además, también pueden usarse como materiales de ventana para varios instrumentos de detección científicos, como lentes y prismas.

Preparación de cristales de zafiro

En 1964, Poladino, AE y Rotter, BD primero aplicó este método al crecimiento de cristales de zafiro. Hasta ahora, se ha producido una gran cantidad de cristales de zafiro de alta calidad. El principio es: Primero, las materias primas se calientan al punto de fusión para formar una fusión, y luego se usa una sola semilla de cristal (es decir, cristal de semillas) para contactar la superficie de la fusión. Debido a la diferencia de temperatura, la interfaz sólido-líquido entre el cristal de la semilla y la masa fundida se superpone, por lo que la fusión comienza a solidificarse en la superficie del cristal de semillas y comienza a cultivar un solo cristal con la misma estructura de cristal que lacristal de semillas. Al mismo tiempo, el cristal de la semilla se tira lentamente hacia arriba y gira a cierta velocidad. A medida que se tira el cristal de la semilla, la fusión se solidifica gradualmente en la interfaz sólido-líquido, y luego se forma un solo cristal. Este es un método para cultivar cristales a partir de una masa fundida tirando de un cristal de semillas, que puede preparar cristales individuales de alta calidad de la fusión. Es uno de los métodos de crecimiento cristalino comúnmente utilizados.

Las ventajas de usar el método Czochralski para cultivar cristales son:

(1) La tasa de crecimiento es rápida y los cristales individuales de alta calidad se pueden cultivar en un corto período de tiempo; 

(2) El cristal crece en la superficie de la fusión y no contacta a la pared de crisol, lo que puede reducir efectivamente el estrés interno del cristal y mejorar la calidad del cristal. 

Sin embargo, una desventaja importante de este método de crecimiento de cristales es que el diámetro del cristal que se puede cultivar es pequeño, lo que no conduce al crecimiento de cristales de gran tamaño.

Método de Kyropoulos para cultivar cristales de zafiro

El método Kyropoulos, inventado por Kyropouls en 1926, se conoce como método KY. Su principio es similar al del método Czochralski, es decir, el cristal de semillas se pone en contacto con la superficie de la masa fundida y luego lentamente se tira hacia arriba. Sin embargo, después de que el cristal de la semilla se tire hacia arriba durante un período de tiempo para formar un cuello de cristal, el cristal de la semilla ya no se tira o gira después de la velocidad de solidificación de la interfaz entre la fusión y el cristal de semillas es estable. El cristal único se solidifica gradualmente de arriba a abajo controlando la velocidad de enfriamiento y finalmente uncristal únicoestá formado.

Los productos producidos por el proceso de kibling tienen las características de alta calidad, baja densidad de defectos, gran tamaño y mejor rentabilidad.

Crecimiento de cristal de zafiro por método de moho guiado

Como una tecnología especial de crecimiento de cristal, el método de molde guiado se utiliza en el siguiente principio: colocar un punto de fusión alto en el molde, la masa fundida se absorbe en el molde por la acción capilar del molde para lograr el contacto con el cristal de la semilla, y se puede formar un solo cristal durante el tirón de los cristales de la semilla y la solidificación continua. Al mismo tiempo, el tamaño del borde y la forma del molde tienen ciertas restricciones en el tamaño del cristal. Por lo tanto, este método tiene ciertas limitaciones en el proceso de solicitud y solo es aplicable a cristales de zafiro de forma especial, como tubular y en forma de U.

Crecimiento de cristal de zafiro por método de intercambio de calor

Fred Schmid y Dennis inventó el método de intercambio de calor para preparar cristales de zafiro de gran tamaño en 1967. El método de intercambio de calor tiene un buen efecto de aislamiento térmico, puede controlar independientemente el gradiente de temperatura de la masa fundida y el cristal, tiene una buena controlabilidad y es más fácil cultivar cristales de zafiro con baja dislocación y gran tamaño.

La ventaja de usar el método de intercambio de calor para cultivar cristales de zafiro es que el crisol, el cristal y el calentador no se mueven durante el crecimiento de los cristales, eliminando la acción de estiramiento del método de Kyvo y el método de extracción, reduciendo los factores de interferencia humana y, por lo tanto, evitando los defectos de cristal causados ​​por el movimiento mecánico; Al mismo tiempo, la velocidad de enfriamiento se puede controlar para reducir el estrés térmico del cristal y los defectos de grietas y dislocación de cristal resultantes, y puede cultivar cristales más grandes. Es más fácil de operar y tiene buenas perspectivas de desarrollo.

Fuentes de referencia:

[1] Zhu Zhenfeng. Investigación sobre la morfología de la superficie y el daño por grietas de los cristales de zafiro por alambre de diamantes Saw Sleting

[2] Chang Hui. Investigación de aplicaciones sobre tecnología de crecimiento de cristal de zafiro de gran tamaño

[3] Zhang Xueping. Investigación sobre el crecimiento de cristal de zafiro y la aplicación LED

[4] Liu Jie. Descripción general de los métodos y características de preparación de cristal de zafiro