¿Cuánto sabes sobre el zafiro?

Cristal de zafiroSe cultiva a partir de polvo de alúmina de alta pureza con una pureza superior al 99,995%. Es el área de mayor demanda de alúmina de alta pureza. Tiene las ventajas de alta resistencia, alta dureza y propiedades químicas estables. Puede funcionar en entornos hostiles como altas temperaturas, corrosión e impactos. Se utiliza ampliamente en tecnología civil y de defensa, tecnología 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 del zafiro. La aplicación del LED en iluminación supone la tercera revolución tras las lámparas fluorescentes y las lámparas de bajo consumo. El principio del LED es convertir la energía eléctrica en energía luminosa. Cuando la corriente pasa a través del semiconductor, los huecos y los electrones se combinan, y el exceso de energía se libera como energía luminosa, produciendo finalmente el efecto de iluminación luminosa.tecnología de chips LEDse basa enobleas epitaxiales. A través de capas de materiales gaseosos depositados sobre 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 luz visible, la buena transmisión de luz y el precio moderado. Según los datos, el 80% de las empresas de LED del mundo utilizan zafiro como material de sustrato.

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

Preparación de cristales de zafiro.

En 1964, Poladino, AE y Rotter, BD aplicaron por primera vez 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 hasta el punto de fusión para formar una masa fundida, y luego se utiliza una semilla monocristalina (es decir, un cristal semilla) para hacer contacto con la superficie de la masa fundida. Debido a la diferencia de temperatura, la interfaz sólido-líquido entre el cristal semilla y la masa fundida se sobreenfría, por lo que la masa fundida comienza a solidificarse en la superficie del cristal semilla y comienza a crecer un solo cristal con la misma estructura cristalina que el cristal semilla.cristal semilla. Al mismo tiempo, el cristal semilla se tira lentamente hacia arriba y se gira a cierta velocidad. A medida que se extrae el cristal semilla, la masa fundida se solidifica gradualmente en la interfaz sólido-líquido y luego se forma un solo cristal. Este es un método para hacer crecer cristales a partir de una masa fundida extrayendo un cristal semilla, que puede preparar monocristales de alta calidad a partir de la masa fundida. Es uno de los métodos de crecimiento de cristales más utilizados.

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

(1) la tasa de crecimiento es rápida y se pueden cultivar monocristales de alta calidad en un corto período de tiempo; 

(2) el cristal crece en la superficie de la masa fundida y no entra en contacto con la pared del crisol, lo que puede reducir eficazmente la tensión interna del cristal y mejorar la calidad del cristal. 

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

Método 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 semilla se pone en contacto con la superficie de la masa fundida y luego se tira lentamente hacia arriba. Sin embargo, después de que el cristal semilla se tira hacia arriba durante un período de tiempo para formar un cuello de cristal, el cristal semilla ya no se levanta ni se gira después de que la velocidad de solidificación de la interfaz entre la masa fundida y el cristal semilla es estable. El monocristal se solidifica gradualmente desde arriba hacia abajo controlando la velocidad de enfriamiento y, finalmente, unmonocristalestá formado.

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

Crecimiento de cristal de zafiro mediante método de molde guiado.

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

Crecimiento de cristal de zafiro mediante método de intercambio de calor.

Fred Schmid y Dennis inventaron 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 de forma independiente el gradiente de temperatura de la masa fundida y del cristal, tiene buena controlabilidad y es Cristales de zafiro más fáciles de cultivar, con baja dislocación y gran tamaño.

La ventaja de utilizar el método de intercambio de calor para hacer crecer cristales de zafiro es que el crisol, el cristal y el calentador no se mueven durante el crecimiento del cristal, eliminando la acción de estiramiento del método kyvo y el método de tracción, reduciendo los factores de interferencia humana y evitando así el cristal. defectos causados ​​por movimiento mecánico; al mismo tiempo, la velocidad de enfriamiento se puede controlar para reducir la tensión térmica del cristal y los defectos de dislocación y agrietamiento del cristal resultantes, y puede hacer crecer 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 cristales de zafiro mediante corte con sierra de hilo de diamante

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

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

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