Zafiro kristalak % 99,995etik gorako purutasuneko alumina hauts purutik hazten dira, eta horrek alumina puruaren eskaera handiena duen eremua bihurtzen ditu. Erresistentzia handia, gogortasun handia eta propietate kimiko egonkorrak dituzte, eta horrek ingurune gogorretan funtzionatzeko aukera ematen die, hala nola tenperatura altuetan, korrosioan eta inpaktuetan. Oso erabiliak dira defentsa nazionalean, teknologia zibilean, mikroelektronikan eta beste arlo batzuetan.
Purutasun handiko alumina hautsetik zafiro kristaletaraino
1Zafiroaren aplikazio nagusiak
Defentsa sektorean, zafiro kristalak batez ere misilen infragorri leihoetarako erabiltzen dira. Gerra modernoak zehaztasun handia eskatzen du misiletan, eta infragorri leiho optikoa funtsezko osagaia da baldintza hori lortzeko. Kontuan hartuta misilek abiadura handiko hegaldian bero aerodinamiko eta inpaktu bizia jasaten dutela, baita borroka-ingurune gogorretan ere, radomoak erresistentzia handia, inpaktuarekiko erresistentzia eta harea, euria eta beste eguraldi-baldintza gogor batzuen higadura jasateko gaitasuna izan behar ditu. Zafiro kristalak, argi-transmisio bikainarekin, propietate mekaniko bikainekin eta ezaugarri kimiko egonkorrek, material aproposa bihurtu dira misilen infragorri leihoetarako.
LED substratuak dira zafiroaren aplikaziorik handiena. LED argiztapena hirugarren iraultzatzat hartzen da fluoreszentezko eta energia aurrezteko lanparen ondoren. LEDen printzipioak energia elektrikoa argi-energia bihurtzea dakar. Korrontea erdieroale batetik igarotzen denean, zuloak eta elektroiak konbinatzen dira, soberako energia askatuz argi moduan, azkenean argiztapena sortuz. LED txiparen teknologia epitaxial obleaketan oinarritzen da, non material gaseosoak geruzaz geruza substratu batean metatzen diren. Substratu-material nagusien artean siliziozko substratuak, silizio karburozko substratuak eta zafirozko substratuak daude. Horien artean, zafirozko substratuek abantaila nabarmenak eskaintzen dituzte beste bien aldean, besteak beste, gailuaren egonkortasuna, prestaketa-teknologia heldua, argi ikusgaiaren xurgapenik eza, argiaren transmitantzia ona eta kostu moderatua. Datuen arabera, munduko LED enpresen % 80k zafiroa erabiltzen dute substratu-material gisa.
Aipatutako aplikazioez gain, zafiro kristalak telefono mugikorren pantailetan, gailu medikoetan, bitxien dekorazioan eta hainbat detekzio-tresna zientifikoetarako leiho-material gisa ere erabiltzen dira, hala nola lenteetan eta prismetan.
2. Merkatuaren tamaina eta etorkizuneko aukerak
Politika-laguntzak eta LED txipen aplikazio-eszenatoki zabalagoak bultzatuta, zafiro substratuen eskaria eta haien merkatu-tamaina bi digituko hazkundea izatea espero da. 2025erako, zafiro substratuen bidalketa-bolumena 103 milioi piezara iristea aurreikusten da (4 hazbeteko substratuetara bihurtuta), 2021arekin alderatuta % 63ko igoera izanik, eta 2021etik 2025era % 13ko urteko hazkunde-tasa konposatuarekin (CAGR). Zafiro substratuen merkatu-tamaina 8.000 milioi yen-era iristea espero da 2025erako, 2021arekin alderatuta % 108ko igoera izanik, eta 2021etik 2025era % 20ko CAGR izanik. Substratuen "aitzindari" gisa, zafiro kristalen merkatu-tamaina eta hazkunde-joera agerikoak dira.
3. Zafiro kristalen prestaketa
1891n, Verneuil A. kimikari frantziarrak harribitxi kristal artifizialak lehen aldiz ekoizteko sugar fusio metodoa asmatu zuenetik, zafiro kristal artifizialaren hazkuntzaren ikerketak mende bat baino gehiago iraun du. Aldi horretan, zientzia eta teknologiaren aurrerapenek zafiroaren hazkuntza teknikak ikertzea bultzatu dute, kristalen kalitate handiagoaren, erabilera-tasen hobekuntzaren eta ekoizpen-kostuen murrizketaren industria-eskaerei erantzuteko. Hainbat metodo eta teknologia berri sortu dira zafiro kristalak hazteko, hala nola Czochralski metodoa, Kyropoulos metodoa, ertzetan definitutako film bidezko hazkuntza (EFG) metodoa eta bero-trukerako metodoa (HEM).
3.1 Zafiro kristalak hazteko Czochralski metodoa
Czochralski metodoa, Czochralski J.-k 1918an aitzindaria izan zena, Czochralski teknika bezala ere ezagutzen da (Cz metodoa bezala laburtua). 1964an, Poladino AE eta Rotter BD-k metodo hau aplikatu zuten lehen aldiz zafiro kristalak hazteko. Gaur egun arte, kalitate handiko zafiro kristal kopuru handia ekoitzi du. Printzipioak lehengaia urtzea dakar urtutako material bat osatzeko, eta ondoren kristal bakarreko hazi bat urtutako materialaren gainazalean sartzea. Solido-likido interfazean tenperatura aldea dela eta, superhoztea gertatzen da, eta horrek urtutako materiala haziaren gainazalean solidotzea eragiten du eta haziaren kristal-egitura berdina duen kristal bakar bat hazten hasten da. Hazia poliki-poliki gora tiratzen da abiadura jakin batean biratzen den bitartean. Hazia tiratzen den heinean, urtutako materiala pixkanaka solidotzen da interfazean, kristal bakar bat osatuz. Urtutako materialetik kristal bat ateratzea dakar metodo hau, kalitate handiko kristal bakarrekoak prestatzeko teknika ohikoenetako bat da.
Czochralski metodoaren abantailak hauek dira: (1) hazkunde-tasa azkarra, kalitate handiko kristal bakarreko ekoizpena ahalbidetzen duena denbora gutxian; (2) kristalak urtutako gainazalean hazten dira gurutz-hormarekin kontakturik gabe, barne-tentsioa eraginkortasunez murriztuz eta kristalen kalitatea hobetuz. Hala ere, metodo honen eragozpen nagusia diametro handiko kristalak hazteko zailtasuna da, eta horrek ez du hain egokia tamaina handiko kristalak ekoizteko.
3.2 Kyropoulos metodoa zafiro kristalak hazteko
Kyropoulos metodoak, Kyropoulosek 1926an asmatutakoak (KY metodoa bezala laburtua), antzekotasunak ditu Czochralski metodoarekin. Kristal hazi bat urtutako gainazalean sartu eta poliki-poliki gorantz tiratzea dakar lepo bat osatzeko. Urtutako materialaren eta haziaren arteko interfazearen solidotze-tasa egonkortzen denean, hazia ez da gehiago tiratzen edo biratzen. Horren ordez, hozte-tasa kontrolatzen da kristal bakarra goitik behera pixkanaka solidotzeko, azkenean kristal bakarra osatuz.
Kyropoulos prozesuak kalitate handiko, akats-dentsitate txikiko, tamaina handiko eta kostu-eraginkortasun aldeko kristalak sortzen ditu.
3.3 Zafiro kristalak hazteko ertz-definitutako film-elikatutako hazkuntza (EFG) metodoa
EFG metodoa kristal formadun hazkuntza-teknologia bat da. Bere printzipioa urtze-puntu altuko urtutako material bat molde batean jartzean datza. Urtutako materiala moldearen goialdera eramaten da kapilaritatearen bidez, eta han hazi-kristalarekin kontaktuan jartzen da. Hazia eramaten eta urtutako materiala solidotzen den heinean, kristal bakar bat sortzen da. Moldearen ertzaren tamainak eta formak kristalaren neurriak mugatzen dituzte. Ondorioz, metodo honek muga batzuk ditu eta batez ere zafiro kristal formadunetarako egokia da, hala nola hodiak eta U formako profilak.
3.4 Zafiro kristalak hazteko bero-trukerako metodoa (HEM)
Zafiro kristal handiak prestatzeko bero-trukerako metodoa Fred Schmid eta Dennisek asmatu zuten 1967an. HEM sistemak isolamendu termiko bikaina, urtutako eta kristaleko tenperatura-gradientearen kontrol independentea eta kontrolgarritasun ona ditu. Erlatiboki erraz ekoizten ditu dislokazio txikiko eta tamaina handiko zafiro kristalak.
HEM metodoaren abantailen artean, hazkuntza-prozesuan zehar gurutzean, kristalean eta berogailuan mugimendurik ez egotea dago, Kyropoulos eta Czochralski metodoetan bezalako tiratze-ekintzak ezabatuz. Horrek gizakien interferentzia murrizten du eta mugimendu mekanikoak eragindako kristal-akatsak saihesten ditu. Gainera, hozte-abiadura kontrola daiteke tentsio termikoa eta ondoriozko kristal-haustura eta dislokazio-akatsak minimizatzeko. Metodo honek tamaina handiko kristalen hazkuntza ahalbidetzen du, nahiko erraza da erabiltzeko eta garapen-aukera itxaropentsuak ditu.
Zafiro kristalaren hazkuntzan eta zehaztasun-prozesamenduan esperientzia sakona aprobetxatuz, XKH-k zafiro oblea pertsonalizatuen irtenbide integralak eskaintzen ditu defentsa, LED eta optoelektronika aplikazioetarako egokituta. Zafiroaz gain, errendimendu handiko erdieroale material sorta osoa eskaintzen dugu, besteak beste, silizio karburozko (SiC) obleak, silizio obleak, SiC zeramikazko osagaiak eta kuartzozko produktuak. Kalitate, fidagarritasun eta laguntza tekniko bikaina bermatzen dugu material guztietan, bezeroei industria eta ikerketa aplikazio aurreratuetan errendimendu berritzailea lortzen lagunduz.
Argitaratze data: 2025eko abuztuak 29