Πόσα γνωρίζετε για το ζαφείρι;

Κρύσταλλο ζαφείρικαλλιεργείται από σκόνη αλουμίνας υψηλής καθαρότητας με καθαρότητα μεγαλύτερη από 99,995%. Είναι η μεγαλύτερη περιοχή ζήτησης για αλουμίνα υψηλής καθαρότητας. Έχει τα πλεονεκτήματα της υψηλής αντοχής, της υψηλής σκληρότητας και των σταθερών χημικών ιδιοτήτων. Μπορεί να λειτουργήσει σε σκληρά περιβάλλοντα όπως υψηλή θερμοκρασία, διάβρωση και κρούση. Χρησιμοποιείται ευρέως στην αμυντική και πολιτική τεχνολογία, στην τεχνολογία μικροηλεκτρονικής και σε άλλους τομείς.

Από σκόνη αλουμίνας υψηλής καθαρότητας μέχρι κρύσταλλο ζαφείρι

Βασικές εφαρμογές του ζαφείρι

Το υπόστρωμα LED είναι η μεγαλύτερη εφαρμογή του ζαφείρι. Η εφαρμογή LED στον φωτισμό είναι η τρίτη επανάσταση μετά τους λαμπτήρες φθορισμού και τους λαμπτήρες εξοικονόμησης ενέργειας. Η αρχή του LED είναι να μετατρέπει την ηλεκτρική ενέργεια σε ενέργεια φωτός. Όταν το ρεύμα διέρχεται από τον ημιαγωγό, οι οπές και τα ηλεκτρόνια συνδυάζονται και η περίσσεια ενέργειας απελευθερώνεται ως φωτεινή ενέργεια, δημιουργώντας τελικά την επίδραση του φωτεινού φωτισμού.Τεχνολογία τσιπ LEDβασίζεται σεεπιταξιακές γκοφρέτες. Μέσω στρωμάτων αερίων υλικών που εναποτίθενται στο υπόστρωμα, τα υλικά του υποστρώματος περιλαμβάνουν κυρίως υπόστρωμα πυριτίου,υπόστρωμα καρβιδίου του πυριτίουκαι υπόστρωμα ζαφείρι. Μεταξύ αυτών, το υπόστρωμα από ζαφείρι έχει προφανή πλεονεκτήματα σε σχέση με τις άλλες δύο μεθόδους υποστρώματος. Τα πλεονεκτήματα του υποστρώματος ζαφείρι αντανακλώνται κυρίως στη σταθερότητα της συσκευής, την ώριμη τεχνολογία προετοιμασίας, τη μη απορρόφηση του ορατού φωτός, την καλή μετάδοση φωτός και τη μέτρια τιμή. Σύμφωνα με στοιχεία, το 80% των εταιρειών LED στον κόσμο χρησιμοποιούν ζαφείρι ως υλικό υποστρώματος.

Εκτός από το προαναφερθέν πεδίο, οι κρύσταλλοι ζαφείρι μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν σε οθόνες κινητών τηλεφώνων, ιατρικό εξοπλισμό, διακόσμηση κοσμημάτων και άλλους τομείς. Επιπλέον, μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν ως υλικά παραθύρων για διάφορα επιστημονικά όργανα ανίχνευσης όπως φακούς και πρίσματα.

Παρασκευή κρυστάλλων ζαφείρι

Το 1964, οι Poladino, AE και Rotter, BD εφάρμοσαν για πρώτη φορά αυτή τη μέθοδο στην ανάπτυξη κρυστάλλων ζαφείρι. Μέχρι στιγμής έχει παραχθεί μεγάλος αριθμός κρυστάλλων ζαφείρι υψηλής ποιότητας. Η αρχή είναι: πρώτα, οι πρώτες ύλες θερμαίνονται στο σημείο τήξης για να σχηματιστεί ένα τήγμα και στη συνέχεια χρησιμοποιείται ένας μονοκρυσταλλικός σπόρος (δηλαδή, κρύσταλλος σπόρων) για να έρθει σε επαφή με την επιφάνεια του τήγματος. Λόγω της διαφοράς θερμοκρασίας, η διαχωριστική επιφάνεια στερεού-υγρού μεταξύ του κρυστάλλου σπόρου και του τήγματος υπερψύχεται, έτσι το τήγμα αρχίζει να στερεοποιείται στην επιφάνεια του κρυστάλλου σπόρου και αρχίζει να αναπτύσσεται ένας μόνο κρύσταλλος με την ίδια κρυσταλλική δομή με τοκρύσταλλο σπόρων. Ταυτόχρονα, ο σπόρος κρύσταλλος τραβιέται αργά προς τα πάνω και περιστρέφεται με μια ορισμένη ταχύτητα. Καθώς ο σπόρος κρύσταλλος τραβιέται, το τήγμα σταδιακά στερεοποιείται στη διεπιφάνεια στερεού-υγρού και στη συνέχεια σχηματίζεται ένας μόνο κρύσταλλος. Αυτή είναι μια μέθοδος καλλιέργειας κρυστάλλων από ένα τήγμα με το τράβηγμα ενός κρυστάλλου σπόρων, ο οποίος μπορεί να παρασκευάσει μονοκρυστάλλους υψηλής ποιότητας από το τήγμα. Είναι μια από τις ευρέως χρησιμοποιούμενες μεθόδους ανάπτυξης κρυστάλλων.

Τα πλεονεκτήματα της χρήσης της μεθόδου Czochralski για την καλλιέργεια κρυστάλλων είναι:

(1) ο ρυθμός ανάπτυξης είναι γρήγορος και οι μονοκρυστάλλοι υψηλής ποιότητας μπορούν να αναπτυχθούν σε σύντομο χρονικό διάστημα. 

(2) ο κρύσταλλος αναπτύσσεται στην επιφάνεια του τήγματος και δεν έρχεται σε επαφή με το τοίχωμα του χωνευτηρίου, το οποίο μπορεί να μειώσει αποτελεσματικά την εσωτερική πίεση του κρυστάλλου και να βελτιώσει την ποιότητα του κρυστάλλου. 

Ωστόσο, ένα σημαντικό μειονέκτημα αυτής της μεθόδου ανάπτυξης κρυστάλλων είναι ότι η διάμετρος του κρυστάλλου που μπορεί να αναπτυχθεί είναι μικρή, κάτι που δεν ευνοεί την ανάπτυξη κρυστάλλων μεγάλου μεγέθους.

Μέθοδος Κυρόπουλου για την καλλιέργεια κρυστάλλων ζαφείρι

Η μέθοδος Κυρόπουλου, που εφευρέθηκε από τον Κυρόπουλο το 1926, αναφέρεται ως μέθοδος ΚΥ. Η αρχή του είναι παρόμοια με αυτή της μεθόδου Czochralski, δηλαδή, ο κρύσταλλος των σπόρων έρχεται σε επαφή με την επιφάνεια του τήγματος και στη συνέχεια τραβιέται αργά προς τα πάνω. Ωστόσο, αφού ο κρύσταλλος του σπόρου τραβιέται προς τα πάνω για μια χρονική περίοδο για να σχηματιστεί ένας κρυσταλλικός λαιμός, ο κρύσταλλος των σπόρων δεν τραβιέται πλέον ούτε περιστρέφεται αφού ο ρυθμός στερεοποίησης της διεπαφής μεταξύ του τήγματος και του κρυστάλλου σπόρου είναι σταθερός. Ο μονοκρύσταλλος στερεοποιείται σταδιακά από την κορυφή προς τα κάτω με έλεγχο του ρυθμού ψύξης, και τέλος αμονοκρύσταλλοσχηματίζεται.

Τα προϊόντα που παράγονται με τη διαδικασία κροκέτας έχουν τα χαρακτηριστικά υψηλής ποιότητας, χαμηλής πυκνότητας ελαττώματος, μεγάλου μεγέθους και καλύτερης σχέσης κόστους-αποτελεσματικότητας.

Ανάπτυξη κρυστάλλων ζαφείρι με μέθοδο καθοδηγούμενης μούχλας

Ως ειδική τεχνολογία ανάπτυξης κρυστάλλων, η μέθοδος καθοδηγούμενης μήτρας χρησιμοποιείται με την ακόλουθη αρχή: τοποθετώντας ένα τήγμα υψηλού σημείου τήξης στο καλούπι, το τήγμα αναρροφάται στο καλούπι μέσω της τριχοειδούς δράσης του καλουπιού για να επιτευχθεί επαφή με τον κρύσταλλο των σπόρων. και μπορεί να σχηματιστεί ένας μόνο κρύσταλλος κατά το τράβηγμα των κρυστάλλων των σπόρων και τη συνεχή στερεοποίηση. Ταυτόχρονα, το μέγεθος της άκρης και το σχήμα του καλουπιού έχουν ορισμένους περιορισμούς στο μέγεθος του κρυστάλλου. Επομένως, αυτή η μέθοδος έχει ορισμένους περιορισμούς στη διαδικασία εφαρμογής και εφαρμόζεται μόνο σε κρυστάλλους ζαφείρι ειδικού σχήματος όπως σωληνοειδείς και σε σχήμα U.

Ανάπτυξη κρυστάλλων ζαφείρι με μέθοδο ανταλλαγής θερμότητας

Η μέθοδος ανταλλαγής θερμότητας για την παρασκευή κρυστάλλων ζαφείρι μεγάλου μεγέθους εφευρέθηκε από τους Fred Schmid και Dennis το 1967. Η μέθοδος ανταλλαγής θερμότητας έχει καλό θερμομονωτικό αποτέλεσμα, μπορεί να ελέγξει ανεξάρτητα την κλίση θερμοκρασίας του τήγματος και του κρυστάλλου, έχει καλή δυνατότητα ελέγχου και είναι ευκολότερο στην καλλιέργεια κρυστάλλων ζαφείρι με χαμηλή εξάρθρωση και μεγάλο μέγεθος.

Το πλεονέκτημα της χρήσης της μεθόδου ανταλλαγής θερμότητας για την ανάπτυξη κρυστάλλων ζαφείρι είναι ότι το χωνευτήριο, ο κρύσταλλος και ο θερμαντήρας δεν κινούνται κατά την ανάπτυξη των κρυστάλλων, εξαλείφοντας τη δράση τάνυσης της μεθόδου kyvo και της μεθόδου έλξης, μειώνοντας τους ανθρώπινους παράγοντες παρεμβολής και έτσι αποφεύγοντας τα κρύσταλλα ελαττώματα που προκαλούνται από μηχανική κίνηση. Ταυτόχρονα, ο ρυθμός ψύξης μπορεί να ελεγχθεί για να μειωθεί η θερμική καταπόνηση των κρυστάλλων και οι προκύπτουσες ρωγμές και ελαττώματα εξάρθρωσης κρυστάλλων και μπορεί να αναπτυχθούν μεγαλύτεροι κρύσταλλοι. Είναι πιο εύκολο στη λειτουργία του και έχει καλές προοπτικές εξέλιξης.

Πηγές αναφοράς:

[1] Ζου Ζενφένγκ. Έρευνα για τη μορφολογία της επιφάνειας και τη ζημιά σε ρωγμές κρυστάλλων ζαφείρι από τεμαχισμό συρμάτινου πριονιού διαμαντιού

[2] Τσανγκ Χούι. Έρευνα εφαρμογών για την τεχνολογία ανάπτυξης κρυστάλλων ζαφείρι μεγάλου μεγέθους

[3] Zhang Xueping. Έρευνα για την ανάπτυξη κρυστάλλων ζαφείρι και την εφαρμογή LED

[4] Liu Jie. Επισκόπηση μεθόδων και χαρακτηριστικών παρασκευής κρυστάλλων ζαφείρι