بزرگترین خریدار آلومینای با خلوص بالا: چقدر در مورد یاقوت کبود می‌دانید؟

کریستال‌های یاقوت کبود از پودر آلومینای با خلوص بالا با خلوص >99.995% رشد می‌کنند و این امر آنها را به بزرگترین منطقه تقاضا برای آلومینای با خلوص بالا تبدیل می‌کند. آنها استحکام بالا، سختی بالا و خواص شیمیایی پایدار را نشان می‌دهند که آنها را قادر می‌سازد در محیط‌های سخت مانند دمای بالا، خوردگی و ضربه کار کنند. آنها به طور گسترده در دفاع ملی، فناوری غیرنظامی، میکروالکترونیک و سایر زمینه‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند.

از پودر آلومینای با خلوص بالا تا کریستال‌های یاقوت کبود

۱کاربردهای کلیدی یاقوت کبود 

در بخش دفاعی، کریستال‌های یاقوت کبود عمدتاً برای پنجره‌های مادون قرمز موشک‌ها استفاده می‌شوند. جنگ‌های مدرن نیاز به دقت بالا در موشک‌ها دارند و پنجره نوری مادون قرمز یک جزء حیاتی برای دستیابی به این نیاز است. با توجه به اینکه موشک‌ها در طول پرواز با سرعت بالا، همراه با محیط‌های جنگی سخت، گرمای آیرودینامیکی شدید و ضربه را تجربه می‌کنند، رادوم باید از استحکام بالا، مقاومت در برابر ضربه و توانایی مقاومت در برابر فرسایش ناشی از شن، باران و سایر شرایط آب و هوایی شدید برخوردار باشد. کریستال‌های یاقوت کبود، با انتقال نور عالی، خواص مکانیکی برتر و ویژگی‌های شیمیایی پایدار، به ماده‌ای ایده‌آل برای پنجره‌های مادون قرمز موشک تبدیل شده‌اند.

زیرلایه‌های LED بزرگترین کاربرد یاقوت کبود را نشان می‌دهند. روشنایی LED پس از لامپ‌های فلورسنت و کم‌مصرف، سومین انقلاب در نظر گرفته می‌شود. اصل LEDها شامل تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی نوری است. هنگامی که جریان از یک نیمه‌رسانا عبور می‌کند، حفره‌ها و الکترون‌ها با هم ترکیب می‌شوند و انرژی اضافی را به شکل نور آزاد می‌کنند و در نهایت روشنایی تولید می‌کنند. فناوری تراشه LED مبتنی بر ویفرهای اپیتاکسیال است، جایی که مواد گازی لایه به لایه روی یک زیرلایه رسوب می‌کنند. مواد اصلی زیرلایه شامل زیرلایه‌های سیلیکونی، زیرلایه‌های کاربید سیلیکون و زیرلایه‌های یاقوت کبود است. در میان اینها، زیرلایه‌های یاقوت کبود مزایای قابل توجهی نسبت به دو مورد دیگر دارند، از جمله پایداری دستگاه، فناوری آماده‌سازی بالغ، عدم جذب نور مرئی، انتقال نور خوب و هزینه متوسط. داده‌ها نشان می‌دهد که 80٪ از شرکت‌های جهانی LED از یاقوت کبود به عنوان ماده زیرلایه خود استفاده می‌کنند.

علاوه بر کاربردهای ذکر شده، کریستال‌های یاقوت کبود در صفحه نمایش تلفن‌های همراه، دستگاه‌های پزشکی، تزئینات جواهرات و به عنوان مواد پنجره برای ابزارهای مختلف تشخیص علمی مانند لنزها و منشورها نیز استفاده می‌شوند.

۲. اندازه و چشم‌انداز بازار

با توجه به حمایت سیاست‌ها و سناریوهای رو به گسترش کاربرد تراشه‌های LED، انتظار می‌رود تقاضا برای زیرلایه‌های یاقوت کبود و اندازه بازار آنها به رشد دو رقمی دست یابد. پیش‌بینی می‌شود تا سال 2025، حجم حمل و نقل زیرلایه‌های یاقوت کبود به 103 میلیون قطعه (تبدیل به زیرلایه‌های 4 اینچی) برسد که نشان‌دهنده افزایش 63 درصدی نسبت به سال 2021 است و نرخ رشد مرکب سالانه (CAGR) آن از سال 2021 تا 2025، 13 درصد خواهد بود. انتظار می‌رود اندازه بازار زیرلایه‌های یاقوت کبود تا سال 2025 به 8 میلیارد ین برسد که نشان‌دهنده افزایش 108 درصدی نسبت به سال 2021 و نرخ رشد مرکب سالانه آن از سال 2021 تا 2025، 20 درصد خواهد بود. به عنوان "پیشرو" زیرلایه‌ها، اندازه بازار و روند رشد کریستال‌های یاقوت کبود مشهود است.

۳. تهیه کریستال‌های یاقوت کبود

از سال ۱۸۹۱، زمانی که شیمیدان فرانسوی، ورنویل آ.، برای اولین بار روش همجوشی شعله‌ای را برای تولید کریستال‌های جواهر مصنوعی اختراع کرد، مطالعه رشد کریستال یاقوت کبود مصنوعی بیش از یک قرن به طول انجامیده است. در طول این دوره، پیشرفت‌های علم و فناوری، تحقیقات گسترده‌ای را در زمینه تکنیک‌های رشد یاقوت کبود برای برآورده کردن نیازهای صنعتی برای کیفیت بالاتر کریستال، بهبود نرخ بهره‌برداری و کاهش هزینه‌های تولید، به دنبال داشته است. روش‌ها و فناوری‌های جدید مختلفی برای رشد کریستال‌های یاقوت کبود، مانند روش چکرالسکی، روش کیروپولوس، روش رشد با تغذیه لایه نازک (EFG) با لبه مشخص و روش تبادل حرارتی (HEM) پدیدار شده‌اند.

۳.۱ روش چکرالسکی برای رشد کریستال‌های یاقوت کبود
روش چکرالسکی، که توسط چکرالسکی جی. در سال ۱۹۱۸ ابداع شد، به عنوان تکنیک چکرالسکی (به اختصار روش Cz) نیز شناخته می‌شود. در سال ۱۹۶۴، پولادینو AE و روتر BD برای اولین بار از این روش برای رشد کریستال‌های یاقوت کبود استفاده کردند. تا به امروز، تعداد زیادی کریستال یاقوت کبود با کیفیت بالا تولید شده است. اصل این روش شامل ذوب کردن مواد اولیه برای تشکیل مذاب و سپس فرو بردن یک دانه کریستالی در سطح مذاب است. به دلیل اختلاف دما در سطح مشترک جامد-مایع، فوق سرد شدن رخ می‌دهد و باعث می‌شود مذاب روی سطح دانه جامد شود و شروع به رشد یک کریستال با همان ساختار کریستالی دانه کند. دانه به آرامی در حالی که با سرعت خاصی می‌چرخد، به سمت بالا کشیده می‌شود. با کشیده شدن دانه، مذاب به تدریج در سطح مشترک جامد می‌شود و یک کریستال تشکیل می‌دهد. این روش که شامل کشیدن یک کریستال از مذاب است، یکی از تکنیک‌های رایج برای تهیه کریستال‌های تک با کیفیت بالا است.

مزایای روش چکرالسکی عبارتند از: (1) سرعت رشد سریع، که امکان تولید تک بلورهای با کیفیت بالا را در مدت زمان کوتاهی فراهم می‌کند؛ (2) بلورها در سطح مذاب و بدون تماس با دیواره بوته رشد می‌کنند که به طور مؤثر تنش داخلی را کاهش داده و کیفیت بلور را بهبود می‌بخشد. با این حال، یکی از معایب اصلی این روش، دشواری رشد بلورهای با قطر بزرگ است که آن را برای تولید بلورهای با اندازه بزرگ نامناسب می‌کند.

۳.۲ روش کیروپولوس برای رشد کریستال‌های یاقوت کبود

روش کیروپولوس، که توسط کیروپولوس در سال ۱۹۲۶ اختراع شد (به اختصار روش KY)، شباهت‌هایی با روش چکرالسکی دارد. این روش شامل فرو بردن یک کریستال بذر در سطح مذاب و کشیدن آهسته آن به سمت بالا برای تشکیل یک گردنه است. هنگامی که سرعت انجماد در سطح مشترک مذاب-دانه تثبیت شد، دیگر دانه کشیده یا چرخانده نمی‌شود. در عوض، سرعت خنک‌سازی کنترل می‌شود تا به تک کریستال اجازه داده شود تا به تدریج از بالا به پایین منجمد شود و در نهایت یک تک کریستال تشکیل دهد.

فرآیند کیروپولوس کریستال‌هایی با کیفیت بالا، چگالی نقص کم، اندازه بزرگ و مقرون به صرفه تولید می‌کند.

۳.۳ روش رشد لبه-تعریف‌شده با فیلم تغذیه‌شده (EFG) برای رشد کریستال‌های یاقوت کبود
روش EFG یک فناوری رشد کریستال شکل‌دار است. اصل آن شامل قرار دادن یک مذاب با نقطه ذوب بالا در قالب است. مذاب از طریق عمل مویینگی به بالای قالب کشیده می‌شود، جایی که با کریستال دانه‌ای تماس پیدا می‌کند. با کشیده شدن دانه و جامد شدن مذاب، یک کریستال واحد تشکیل می‌شود. اندازه و شکل لبه قالب، ابعاد کریستال را محدود می‌کند. در نتیجه، این روش محدودیت‌های خاصی دارد و در درجه اول برای کریستال‌های یاقوت کبود شکل‌دار مانند لوله‌ها و پروفیل‌های U شکل مناسب است.

۳.۴ روش تبادل حرارتی (HEM) برای رشد کریستال‌های یاقوت کبود
روش تبادل حرارتی برای تهیه کریستال‌های یاقوت کبود با اندازه بزرگ توسط فرد اشمید و دنیس در سال ۱۹۶۷ اختراع شد. سیستم HEM دارای عایق حرارتی عالی، کنترل مستقل گرادیان دما در مذاب و کریستال و قابلیت کنترل خوب است. این روش نسبتاً به راحتی کریستال‌های یاقوت کبود با جابجایی کم و اندازه بزرگ تولید می‌کند.

از مزایای روش HEM می‌توان به عدم حرکت در بوته، کریستال و بخاری در طول رشد اشاره کرد که باعث حذف اعمال کششی مانند روش‌های Kyropoulos و Czochralski می‌شود. این امر دخالت انسان را کاهش می‌دهد و از نقص‌های کریستالی ناشی از حرکت مکانیکی جلوگیری می‌کند. علاوه بر این، سرعت خنک‌سازی را می‌توان کنترل کرد تا تنش حرارتی و ترک خوردگی کریستال و نقص‌های جابجایی ناشی از آن به حداقل برسد. این روش امکان رشد کریستال‌های بزرگ را فراهم می‌کند، کار با آن نسبتاً آسان است و چشم‌انداز توسعه امیدوارکننده‌ای را در پیش دارد.

شرکت XKH با بهره‌گیری از تخصص عمیق در رشد کریستال یاقوت کبود و پردازش دقیق، راه‌حل‌های جامع و سفارشی برای ویفر یاقوت کبود متناسب با کاربردهای دفاعی، LED و اپتوالکترونیک ارائه می‌دهد. علاوه بر یاقوت کبود، ما طیف کاملی از مواد نیمه‌هادی با کارایی بالا از جمله ویفرهای کاربید سیلیکون (SiC)، ویفرهای سیلیکونی، اجزای سرامیکی SiC و محصولات کوارتز را عرضه می‌کنیم. ما کیفیت استثنایی، قابلیت اطمینان و پشتیبانی فنی را در تمام مواد تضمین می‌کنیم و به مشتریان کمک می‌کنیم تا در کاربردهای پیشرفته صنعتی و تحقیقاتی به عملکرد چشمگیری دست یابند.