I cristalli di zaffiro sò cultivati da polvere d'alumina d'alta purezza cù una purezza di >99,995%, ciò chì li rende a zona di più dumanda per l'alumina d'alta purezza. Presentanu alta resistenza, alta durezza è proprietà chimiche stabili, chì li permettenu di operà in ambienti difficili cum'è alte temperature, corrosione è impatti. Sò largamente usati in a difesa naziunale, a tecnulugia civile, a microelettronica è altri campi.
Da a polvere d'alumina d'alta purezza à i cristalli di zaffiro
1Applicazioni chjave di u zaffiro
In u settore di a difesa, i cristalli di zaffiro sò principalmente aduprati per e finestre infrarosse di i missili. A guerra muderna esige una alta precisione in i missili, è a finestra ottica infrarossa hè un cumpunente criticu per ghjunghje à questu requisitu. Cunsiderendu chì i missili sperimentanu un calore aerodinamicu intensu è impatti durante u volu à alta velocità, inseme cù ambienti di cummattimentu difficili, u radome deve pussede una alta resistenza, resistenza à l'impattu è a capacità di resiste à l'erosione da a sabbia, a pioggia è altre cundizioni climatiche severe. I cristalli di zaffiro, cù a so eccellente trasmissione di a luce, e proprietà meccaniche superiori è e caratteristiche chimiche stabili, sò diventati un materiale ideale per e finestre infrarosse di i missili.
I substrati LED rapprisentanu a più grande applicazione di u zaffiro. L'illuminazione LED hè cunsiderata a terza rivoluzione dopu à e lampade fluorescenti è à risparmiu energeticu. U principiu di i LED implica a cunversione di l'energia elettrica in energia luminosa. Quandu a corrente passa per un semiconduttore, i buchi è l'elettroni si combinanu, liberendu energia in eccessu in forma di luce, producendu infine illuminazione. A tecnulugia di chip LED hè basata nantu à wafer epitassiali, induve i materiali gassosi sò depositati stratu per stratu nantu à un substratu. I principali materiali di substratu includenu substrati di silicone, substrati di carburo di silicone è substrati di zaffiro. Frà questi, i substrati di zaffiro offrenu vantaghji significativi rispetto à l'altri dui, cumprese a stabilità di u dispositivu, a tecnulugia di preparazione matura, a non assorbimentu di luce visibile, una bona trasmissione di luce è un costu moderatu. I dati mostranu chì l'80% di e cumpagnie LED mundiali utilizanu u zaffiro cum'è materiale di substratu.
In più di l'applicazioni sopra menzionate, i cristalli di zaffiro sò ancu aduprati in schermi di telefoni cellulari, dispositivi medichi, decorazione di gioielli è cum'è materiali di finestra per diversi strumenti di rilevazione scientifica cum'è lenti è prismi.
2. Dimensione di u mercatu è prospettive
Spinta da u sustegnu puliticu è da i scenarii d'applicazione in espansione di i chip LED, si prevede chì a dumanda di substrati di zaffiro è a so dimensione di u mercatu raggiungeranu una crescita à duie cifre. Da u 2025, si prevede chì u vulume di spedizione di substrati di zaffiro ghjunghjerà à 103 milioni di pezzi (cunvertiti in substrati di 4 pollici), chì rapprisenta un aumentu di u 63% paragunatu à u 2021, cù un tassu di crescita annuale cumpostu (CAGR) di u 13% da u 2021 à u 2025. Si prevede chì a dimensione di u mercatu di i substrati di zaffiro ghjunghjerà à 8 miliardi di ¥ da u 2025, un aumentu di u 108% paragunatu à u 2021, cù un CAGR di u 20% da u 2021 à u 2025. Cum'è "precursore" di i substrati, a dimensione di u mercatu è a tendenza di crescita di i cristalli di zaffiro sò evidenti.
3. Preparazione di cristalli di zaffiro
Dapoi u 1891, quandu u chimicu francese Verneuil A. hà inventatu u metudu di fusione à fiamma per pruduce cristalli di gemme artificiali per a prima volta, u studiu di a crescita di cristalli di zaffiro artificiali hà abbracciatu più di un seculu. Durante questu periodu, i progressi in a scienza è a tecnulugia anu purtatu una ricerca approfondita nantu à e tecniche di crescita di zaffiro per risponde à e richieste industriali per una qualità di cristalli più elevata, tassi di utilizzazione migliorati è costi di produzione ridotti. Diversi novi metudi è tecnulugie sò emersi per a crescita di cristalli di zaffiro, cum'è u metudu Czochralski, u metudu Kyropoulos, u metudu di crescita alimentata da film definitu da bordi (EFG) è u metudu di scambiu di calore (HEM).
3.1 Metudu Czochralski per a Crescita di Cristalli di Zaffiru
U metudu Czochralski, iniziatu da Czochralski J. in u 1918, hè ancu cunnisciutu cum'è a tecnica Czochralski (abbreviata cum'è metudu Cz). In u 1964, Poladino AE è Rotter BD anu applicatu per a prima volta stu metudu per cultivà cristalli di zaffiro. Finu à oghje, hà pruduttu un gran numeru di cristalli di zaffiro di alta qualità. U principiu implica a fusione di a materia prima per furmà una fusione, poi l'immersione di un monocristallo in a superficia di a fusione. A causa di a differenza di temperatura à l'interfaccia solidu-liquidu, si verifica un superraffreddamentu, chì face chì a fusione si solidifichi nantu à a superficia di u monocristallo è cumencia à cresce un monocristallo cù a stessa struttura cristallina di u monocristallo. U monocristallo hè tiratu lentamente versu l'altu mentre gira à una certa velocità. Mentre u monocristallo hè tiratu, a fusione si solidifica gradualmente à l'interfaccia, furmendu un monocristallo. Stu metudu, chì implica a cacciata di un cristallo da a fusione, hè una di e tecniche cumuni per preparà monocristalli di alta qualità.
I vantaghji di u metudu Czochralski includenu: (1) una rapida crescita, chì permette a pruduzzione di monocristalli di alta qualità in pocu tempu; (2) i cristalli crescenu à a superficia di a fusione senza cuntattu cù a parete di u crogiolu, riducendu efficacemente u stress internu è migliurendu a qualità di i cristalli. Tuttavia, un svantaghju maiò di stu metudu hè a difficultà di cultivà cristalli di grande diametru, chì u rende menu adattatu per a pruduzzione di cristalli di grande dimensione.
3.2 Metudu Kyropoulos per a crescita di cristalli di zaffiro
U metudu Kyropoulos, inventatu da Kyropoulos in u 1926 (abbreviatu cum'è metudu KY), hà similitudini cù u metudu Czochralski. Implica l'immersione di un cristallu di sementi in a superficia di a fusione è a so tirata lentamente versu l'altu per furmà un collu. Una volta chì a velocità di solidificazione à l'interfaccia fusione-semente si stabilizza, a semente ùn hè più tirata o rotata. Invece, a velocità di raffreddamentu hè cuntrullata per permette à u monocristallu di solidificà gradualmente da cima à fondu, furmendu infine un monocristallu.
U prucessu Kyropoulos produce cristalli di alta qualità, bassa densità di difetti, grandi è cù un bon rapportu qualità-prezzu.
3.3 Metudu di Crescita Alimentata da Film Definita da Bordi (EFG) per a Crescita di Cristalli di Zaffiru
U metudu EFG hè una tecnulugia di crescita di cristalli furmati. U so principiu implica u piazzamentu di una fusione à altu puntu di fusione in un stampu. A fusione hè tirata in cima à u stampu per via di l'azione capillare, induve entra in cuntattu cù u cristallu di semente. Quandu a semente hè tirata è a fusione si solidifica, si forma un cristallu unicu. A dimensione è a forma di u bordu di u stampu limitanu e dimensioni di u cristallu. Di cunsiguenza, questu metudu hà certe limitazioni è hè principalmente adattatu per cristalli di zaffiro furmati cum'è tubi è profili in forma di U.
3.4 Metudu di Scambiu di Calore (HEM) per a Crescita di Cristalli di Zaffiru
U metudu di scambiu di calore per a preparazione di cristalli di zaffiro di grande dimensione hè statu inventatu da Fred Schmid è Dennis in u 1967. U sistema HEM presenta un eccellente isolamentu termicu, un cuntrollu indipendente di u gradiente di temperatura in a fusione è in u cristallu, è una bona cuntrollabilità. Produce relativamente facilmente cristalli di zaffiro cù bassa dislocazione è grandi.
I vantaghji di u metudu HEM includenu l'assenza di muvimentu in u crogiuolo, u cristallu è u riscaldatore durante a crescita, eliminendu l'azzioni di trazione cum'è quelle in i metudi Kyropoulos è Czochralski. Questu riduce l'interferenza umana è evita i difetti di cristallu causati da u muvimentu meccanicu. Inoltre, a velocità di raffreddamentu pò esse cuntrullata per minimizà u stress termicu è i difetti di cracking è dislocazione di u cristallu risultanti. Stu metudu permette a crescita di cristalli di grande dimensione, hè relativamente faciule da aduprà è offre prospettive di sviluppu promettenti.
Cù una prufonda cumpetenza in a crescita di u cristallu di zaffiro è a trasfurmazione di precisione, XKH furnisce suluzioni di wafer di zaffiro persunalizate end-to-end adattate à applicazioni di difesa, LED è optoelettronica. Oltre à u zaffiro, furnimu una gamma completa di materiali semiconduttori ad alte prestazioni, cumpresi wafer di carburo di siliciu (SiC), wafer di siliciu, cumpunenti ceramici SiC è prudutti di quarzu. Garantimu una qualità eccezziunale, affidabilità è supportu tecnicu in tutti i materiali, aiutendu i clienti à ottene prestazioni rivoluzionarie in applicazioni industriali è di ricerca avanzate.
Data di publicazione: 29 d'aostu 2025