Kristali safira uzgajaju se iz praha visokočistog aluminijevog oksida s čistoćom >99,995%, što ih čini najtraženijim područjem za visokočisti aluminijev oksid. Pokazuju visoku čvrstoću, visoku tvrdoću i stabilna kemijska svojstva, što im omogućuje rad u teškim uvjetima poput visokih temperatura, korozije i udara. Široko se koriste u nacionalnoj obrani, civilnoj tehnologiji, mikroelektronici i drugim područjima.
Od visokočistog praha aluminijevog oksida do safirnih kristala
1Ključne primjene safira
U obrambenom sektoru, safirni kristali se prvenstveno koriste za infracrvene prozore projektila. Moderno ratovanje zahtijeva visoku preciznost kod projektila, a infracrveni optički prozor ključna je komponenta za postizanje tog zahtjeva. S obzirom na to da projektili doživljavaju intenzivnu aerodinamičku toplinu i udare tijekom leta velikom brzinom, uz teške borbene uvjete, radom mora posjedovati visoku čvrstoću, otpornost na udarce i sposobnost da izdrži eroziju od pijeska, kiše i drugih teških vremenskih uvjeta. Safirni kristali, sa svojim izvrsnim prijenosom svjetlosti, vrhunskim mehaničkim svojstvima i stabilnim kemijskim karakteristikama, postali su idealan materijal za infracrvene prozore projektila.
LED podloge predstavljaju najveću primjenu safira. LED rasvjeta smatra se trećom revolucijom nakon fluorescentnih i energetski štedljivih žarulja. Princip LED dioda uključuje pretvaranje električne energije u svjetlosnu energiju. Kada struja prolazi kroz poluvodič, rupe i elektroni se kombiniraju, oslobađajući višak energije u obliku svjetlosti, što u konačnici proizvodi osvjetljenje. Tehnologija LED čipova temelji se na epitaksijalnim pločicama, gdje se plinoviti materijali sloj po sloj nanose na podlogu. Glavni materijali podloge uključuju silicijeve podloge, silicij-karbidne podloge i safirne podloge. Među njima, safirne podloge nude značajne prednosti u odnosu na druga dva, uključujući stabilnost uređaja, zrelu tehnologiju pripreme, neapsorpciju vidljive svjetlosti, dobru propusnost svjetlosti i umjerenu cijenu. Podaci pokazuju da 80% globalnih LED tvrtki koristi safir kao materijal za podlogu.
Osim spomenutih primjena, safirni kristali se koriste i u zaslonima mobilnih telefona, medicinskim uređajima, ukrasima za nakit i kao materijali za prozore za razne znanstvene instrumente za detekciju poput leća i prizmi.
2. Veličina tržišta i izgledi
Potaknuti političkom podrškom i širenjem scenarija primjene LED čipova, očekuje se da će potražnja za safirnim supstratima i njihova veličina tržišta postići dvoznamenkasti rast. Do 2025. godine predviđa se da će volumen isporuke safirnih supstrata dosegnuti 103 milijuna komada (preračunato u 4-inčne supstrate), što predstavlja povećanje od 63% u odnosu na 2021. godinu, sa složenom godišnjom stopom rasta (CAGR) od 13% od 2021. do 2025. Očekuje se da će veličina tržišta safirnih supstrata do 2025. godine dosegnuti 8 milijardi jena, što je povećanje od 108% u odnosu na 2021. godinu, sa složenom godišnjom stopom rasta od 20% od 2021. do 2025. Kao "prethodnik" supstrata, veličina tržišta i trend rasta safirnih kristala su očiti.
3. Priprema safirnih kristala
Od 1891. godine, kada je francuski kemičar Verneuil A. izumio metodu plamene fuzije za proizvodnju umjetnih kristala dragog kamenja, proučavanje rasta umjetnih kristala safira trajalo je više od stoljeća. Tijekom tog razdoblja, napredak u znanosti i tehnologiji potaknuo je opsežna istraživanja tehnika rasta safira kako bi se zadovoljili industrijski zahtjevi za višom kvalitetom kristala, poboljšanim stopama iskorištenja i smanjenim troškovima proizvodnje. Pojavile su se razne nove metode i tehnologije za uzgoj kristala safira, kao što su Czochralskijeva metoda, Kyropoulosova metoda, metoda rasta s rubno definiranim filmom (EFG) i metoda izmjene topline (HEM).
3.1 Czochralskijeva metoda za uzgoj kristala safira
Czochralskijeva metoda, koju je pionirski osmislio Czochralski J. 1918. godine, poznata je i kao Czochralskijeva tehnika (skraćeno Cz metoda). Godine 1964. Poladino AE i Rotter BD prvi su primijenili ovu metodu za uzgoj safirnih kristala. Do danas je proizveden veliki broj visokokvalitetnih safirnih kristala. Princip uključuje taljenje sirovine kako bi se formirala talina, a zatim uranjanje monokristalne sjemenke u površinu taline. Zbog temperaturne razlike na granici čvrsto-tekućina dolazi do pothlađenja, što uzrokuje skrućivanje taline na površini sjemenke i početak rasta monokristala s istom kristalnom strukturom kao i sjeme. Sjeme se polako povlači prema gore dok se rotira određenom brzinom. Kako se sjeme povlači, talina se postupno skrućuje na granici, formirajući monokristal. Ova metoda, koja uključuje izvlačenje kristala iz taline, jedna je od uobičajenih tehnika za pripremu visokokvalitetnih monokristala.
Prednosti Czochralskijeve metode uključuju: (1) brzu stopu rasta, što omogućuje proizvodnju visokokvalitetnih monokristala u kratkom vremenu; (2) kristali rastu na površini taline bez kontakta sa stijenkom lončića, učinkovito smanjujući unutarnje naprezanje i poboljšavajući kvalitetu kristala. Međutim, glavni nedostatak ove metode je poteškoća u uzgoju kristala velikog promjera, što je čini manje prikladnom za proizvodnju kristala velikih dimenzija.
3.2 Kyropoulosova metoda za uzgoj kristala safira
Kyropoulosova metoda, koju je Kyropoulos izumio 1926. (skraćeno KY metoda), dijeli sličnosti s Czochralskijevom metodom. Uključuje umakanje kristalne sjemenke u površinu taline i njeno polako povlačenje prema gore kako bi se formirao vrat. Nakon što se brzina skrućivanja na granici taline i sjemena stabilizira, sjeme se više ne povlači niti rotira. Umjesto toga, brzina hlađenja se kontrolira kako bi se monokristalu omogućilo postupno skrućivanje od vrha prema dolje, konačno formirajući monokristal.
Kyropoulosov proces proizvodi kristale visoke kvalitete, niske gustoće defekata, velikih dimenzija i povoljne isplativosti.
3.3 Metoda rasta s rubno definiranim filmom (EFG) za uzgoj kristala safira
EFG metoda je tehnologija rasta oblikovanih kristala. Njezin princip uključuje stavljanje taline s visokom točkom taljenja u kalup. Talina se kapilarnim djelovanjem povlači na vrh kalupa, gdje dolazi u kontakt s kristalnom sjemenom. Kako se sjeme povlači i talina se skrutnjava, formira se monokristal. Veličina i oblik ruba kalupa ograničavaju dimenzije kristala. Posljedično, ova metoda ima određena ograničenja i prvenstveno je prikladna za oblikovane kristale safira kao što su cijevi i profili u obliku slova U.
3.4 Metoda izmjene topline (HEM) za uzgoj kristala safira
Metodu izmjene topline za pripremu velikih safirnih kristala izumili su Fred Schmid i Dennis 1967. godine. HEM sustav ima izvrsnu toplinsku izolaciju, neovisnu kontrolu temperaturnog gradijenta u talini i kristalu te dobru upravljivost. Relativno lako proizvodi safirne kristale s niskom dislokacijom i velikim...
Prednosti HEM metode uključuju odsutnost kretanja lončića, kristala i grijača tijekom rasta, čime se eliminiraju radnje povlačenja poput onih u Kyropoulosovoj i Czochralskijevoj metodi. To smanjuje ljudsko uplitanje i izbjegava defekte kristala uzrokovane mehaničkim kretanjem. Osim toga, brzina hlađenja može se kontrolirati kako bi se smanjili toplinski stres i rezultirajući defekti pucanja kristala i dislokacije. Ova metoda omogućuje rast velikih kristala, relativno je jednostavna za korištenje i ima obećavajuće razvojne izglede.
Koristeći duboko stručno znanje u rastu i preciznoj obradi safirnih kristala, XKH pruža cjelovita rješenja za safirne pločice prilagođena obrambenim, LED i optoelektroničkim primjenama. Osim safira, isporučujemo cijeli niz visokoučinkovitih poluvodičkih materijala, uključujući silicij-karbidne (SiC) pločice, silicijske pločice, SiC keramičke komponente i kvarcne proizvode. Osiguravamo iznimnu kvalitetu, pouzdanost i tehničku podršku za sve materijale, pomažući kupcima da postignu revolucionarne performanse u naprednim industrijskim i istraživačkim primjenama.
Vrijeme objave: 29. kolovoza 2025.