Os cristais de zafiro prodúcense a partir de po de alúmina de alta pureza cunha pureza superior ao 99,995 %, o que os converte na área de maior demanda de alúmina de alta pureza. Presentan unha alta resistencia, unha alta dureza e propiedades químicas estables, o que lles permite funcionar en ambientes agresivos como altas temperaturas, corrosión e impactos. Son amplamente utilizados na defensa nacional, a tecnoloxía civil, a microelectrónica e outros campos.
Desde po de alúmina de alta pureza ata cristais de zafiro
1Aplicacións clave do zafiro
No sector da defensa, os cristais de zafiro úsanse principalmente para as fiestras infravermellas dos mísiles. A guerra moderna esixe unha alta precisión nos mísiles, e a fiestra óptica infravermella é un compoñente fundamental para cumprir este requisito. Tendo en conta que os mísiles experimentan unha calor aerodinámica intensa e impactos durante os voos a alta velocidade, xunto con ambientes de combate duros, o radomo debe posuír unha alta resistencia, resistencia ao impacto e capacidade para soportar a erosión da area, a choiva e outras condicións meteorolóxicas severas. Os cristais de zafiro, coa súa excelente transmisión da luz, as súas propiedades mecánicas superiores e as súas características químicas estables, convertéronse nun material ideal para as fiestras infravermellas dos mísiles.
Os substratos LED representan a maior aplicación do zafiro. A iluminación LED considérase a terceira revolución despois das lámpadas fluorescentes e de aforro de enerxía. O principio dos LED consiste en converter a enerxía eléctrica en enerxía luminosa. Cando a corrente pasa a través dun semicondutor, os buratos e os electróns combínanse, liberando o exceso de enerxía en forma de luz, producindo finalmente iluminación. A tecnoloxía de chips LED baséase en obleas epitaxiais, onde os materiais gasosos se depositan capa por capa sobre un substrato. Os principais materiais de substrato inclúen substratos de silicio, substratos de carburo de silicio e substratos de zafiro. Entre estes, os substratos de zafiro ofrecen vantaxes significativas sobre os outros dous, incluíndo a estabilidade do dispositivo, a tecnoloxía de preparación madura, a non absorción da luz visible, a boa transmitancia da luz e un custo moderado. Os datos mostran que o 80 % das empresas globais de LED usan o zafiro como material de substrato.
Ademais das aplicacións mencionadas anteriormente, os cristais de zafiro tamén se empregan en pantallas de teléfonos móbiles, dispositivos médicos, decoración de xoias e como materiais para fiestras de diversos instrumentos de detección científica, como lentes e prismas.
2. Tamaño e perspectivas do mercado
Impulsado polo apoio político e os escenarios de aplicación en expansión dos chips LED, espérase que a demanda de substratos de zafiro e o seu tamaño de mercado alcancen un crecemento de dous díxitos. Para 2025, proxéctase que o volume de envíos de substratos de zafiro alcance os 103 millóns de pezas (convertidas en substratos de 4 polgadas), o que representa un aumento do 63 % en comparación con 2021, cunha taxa de crecemento anual composta (CAGR) do 13 % de 2021 a 2025. Espérase que o tamaño do mercado dos substratos de zafiro alcance os 8.000 millóns de iens para 2025, un aumento do 108 % en comparación con 2021, cunha CAGR do 20 % de 2021 a 2025. Como "precursor" dos substratos, o tamaño do mercado e a tendencia de crecemento dos cristais de zafiro son evidentes.
3. Preparación de cristais de zafiro
Desde 1891, cando o químico francés Verneuil A. inventou o método de fusión por chama para producir cristais de xemas artificiais por primeira vez, o estudo do crecemento artificial do cristal de zafiro abarcou máis dun século. Durante este período, os avances na ciencia e a tecnoloxía impulsaron unha extensa investigación sobre as técnicas de crecemento do zafiro para satisfacer as demandas industriais de maior calidade do cristal, melloras nas taxas de utilización e redución dos custos de produción. Xurdiron varios métodos e tecnoloxías novos para o cultivo de cristais de zafiro, como o método de Czochralski, o método de Kyropoulos, o método de crecemento alimentado por película definida por bordos (EFG) e o método de intercambio de calor (HEM).
3.1 Método de Czochralski para o cultivo de cristais de zafiro
O método Czochralski, iniciado por Czochralski J. en 1918, tamén se coñece como a técnica de Czochralski (abreviada como método Cz). En 1964, Poladino AE e Rotter BD aplicaron por primeira vez este método para cultivar cristais de zafiro. Ata a data, produciu un gran número de cristais de zafiro de alta calidade. O principio consiste en fundir a materia prima para formar unha masa fundida e, a continuación, mergullar unha semente de monocristais na superficie da masa fundida. Debido á diferenza de temperatura na interface sólido-líquido, prodúcese un superarrefriamento, o que fai que a masa fundida solidifique na superficie da semente e comece a cultivar un monocristal coa mesma estrutura cristalina que a semente. A semente é tirada lentamente cara arriba mentres xira a unha determinada velocidade. A medida que se tira da semente, a masa fundida solidifícase gradualmente na interface, formando un monocristal. Este método, que consiste en tirar dun cristal da masa fundida, é unha das técnicas máis habituais para preparar monocristais de alta calidade.
As vantaxes do método de Czochralski inclúen: (1) unha rápida taxa de crecemento, que permite a produción de monocristais de alta calidade nun curto período de tempo; (2) os cristais medran na superficie da masa fundida sen contacto coa parede do crisol, o que reduce eficazmente a tensión interna e mellora a calidade do cristal. Non obstante, un inconveniente importante deste método é a dificultade para cultivar cristais de gran diámetro, o que o fai menos axeitado para producir cristais de gran tamaño.
3.2 Método Kyropoulos para o cultivo de cristais de zafiro
O método Kyropoulos, inventado por Kyropoulos en 1926 (abreviado como método KY), comparte semellanzas co método Czochralski. Implica mergullar un cristal semente na superficie da masa fundida e tiralo lentamente cara arriba para formar un pescozo. Unha vez que a velocidade de solidificación na interface masa fundida-semente se estabiliza, a semente xa non se tira nin se xira. En vez diso, a velocidade de arrefriamento contrólase para permitir que o monocristal solidifique gradualmente de arriba abaixo, formando finalmente un monocristal.
O proceso Kyropoulos produce cristais de alta calidade, baixa densidade de defectos, grandes e cunha relación custo-eficacia favorable.
3.3 Método de crecemento alimentado por película definida por bordos (EFG) para o crecemento de cristais de zafiro
O método EFG é unha tecnoloxía de crecemento de cristais conformados. O seu principio consiste en colocar unha masa fundida de alto punto de fusión nun molde. A masa fundida é arrastrada cara á parte superior do molde por capilaridade, onde entra en contacto co cristal semente. A medida que a semente é arrastrada e a masa fundida solidifica, fórmase un monocristal. O tamaño e a forma do bordo do molde restrinxen as dimensións do cristal. En consecuencia, este método ten certas limitacións e é axeitado principalmente para cristais de zafiro conformados, como tubos e perfís en forma de U.
3.4 Método de intercambio de calor (HEM) para o crecemento de cristais de zafiro
O método de intercambio de calor para preparar cristais de zafiro de gran tamaño foi inventado por Fred Schmid e Dennis en 1967. O sistema HEM presenta un excelente illamento térmico, control independente do gradiente de temperatura na masa fundida e no cristal e boa controlabilidade. Produce con relativa facilidade cristais de zafiro con baixa dislocación e grandes dislocacións.
As vantaxes do método HEM inclúen a ausencia de movemento no crisol, no cristal e no quentador durante o crecemento, o que elimina as accións de tracción como as dos métodos de Kyropoulos e Czochralski. Isto reduce a interferencia humana e evita os defectos do cristal causados polo movemento mecánico. Ademais, a velocidade de arrefriamento pódese controlar para minimizar a tensión térmica e os defectos resultantes de rachadura e dislocación do cristal. Este método permite o crecemento de cristais de gran tamaño, é relativamente doado de operar e ten perspectivas de desenvolvemento prometedoras.
Aproveitando a súa ampla experiencia no crecemento e procesamento de precisión do cristal de zafiro, XKH ofrece solucións completas de obleas de zafiro personalizadas adaptadas a aplicacións de defensa, LED e optoelectrónica. Ademais de zafiro, subministramos unha gama completa de materiais semicondutores de alto rendemento, incluíndo obleas de carburo de silicio (SiC), obleas de silicio, compoñentes cerámicos de SiC e produtos de cuarzo. Garantimos unha calidade, fiabilidade e soporte técnico excepcionais en todos os materiais, axudando aos clientes a alcanzar un rendemento innovador en aplicacións industriais e de investigación avanzadas.
Data de publicación: 29 de agosto de 2025