Safir kristalleri, %99,995'ten fazla saflığa sahip yüksek saflıkta alümina tozundan üretilir ve bu da onları yüksek saflıkta alümina için en büyük talep alanı haline getirir. Yüksek mukavemet, yüksek sertlik ve kararlı kimyasal özellikler sergileyerek yüksek sıcaklıklar, korozyon ve darbe gibi zorlu ortamlarda çalışabilirler. Ulusal savunma, sivil teknoloji, mikroelektronik ve diğer alanlarda yaygın olarak kullanılırlar.
Yüksek saflıkta alümina tozundan safir kristallere
1Safirin Temel Uygulamaları
Savunma sektöründe safir kristaller öncelikli olarak füze kızılötesi pencerelerinde kullanılır. Modern savaş, füzelerde yüksek hassasiyet gerektirir ve kızılötesi optik pencere bu gereksinimi karşılamak için kritik bir bileşendir. Füzelerin yüksek hızlı uçuş sırasında yoğun aerodinamik ısı ve darbeye maruz kaldığı ve zorlu muharebe ortamları göz önüne alındığında, radomun yüksek mukavemete, darbe direncine ve kum, yağmur ve diğer zorlu hava koşullarının neden olduğu aşınmaya dayanıklı olması gerekir. Mükemmel ışık geçirgenliği, üstün mekanik özellikleri ve kararlı kimyasal özellikleriyle safir kristaller, füze kızılötesi pencereleri için ideal bir malzeme haline gelmiştir.
LED alt tabakaları, safirin en geniş uygulama alanını temsil eder. LED aydınlatma, floresan ve enerji tasarruflu lambalardan sonra üçüncü devrim olarak kabul edilir. LED'lerin çalışma prensibi, elektrik enerjisini ışık enerjisine dönüştürmeyi içerir. Akım bir yarı iletkenden geçtiğinde, delikler ve elektronlar birleşerek fazla enerjiyi ışık şeklinde serbest bırakır ve sonuçta aydınlatma üretir. LED çip teknolojisi, gaz halindeki malzemelerin katman katman bir alt tabaka üzerine biriktirildiği epitaksiyel gofretler esasına dayanır. Ana alt tabaka malzemeleri arasında silikon alt tabakalar, silikon karbür alt tabakalar ve safir alt tabakalar bulunur. Bunlar arasında safir alt tabakalar, cihaz stabilitesi, olgun hazırlama teknolojisi, görünür ışığın emilmemesi, iyi ışık geçirgenliği ve uygun maliyet gibi diğer ikisine göre önemli avantajlar sunar. Veriler, küresel LED şirketlerinin %80'inin alt tabaka malzemesi olarak safir kullandığını göstermektedir.
Safir kristalleri yukarıda belirtilen uygulamalara ek olarak cep telefonu ekranlarında, tıbbi cihazlarda, mücevher süslemelerinde ve mercekler ve prizmalar gibi çeşitli bilimsel tespit aletlerinin pencere malzemesi olarak da kullanılmaktadır.
2. Pazar Boyutu ve Beklentiler
Politika desteği ve LED yongalarının genişleyen uygulama senaryoları sayesinde, safir alt tabakalara olan talep ve pazar büyüklüğünün çift haneli büyümeye ulaşması bekleniyor. 2025 yılına kadar safir alt tabaka sevkiyat hacminin 103 milyon parçaya (4 inç alt tabakalara dönüştürülmüş) ulaşması ve 2021'e kıyasla %63'lük bir artışa, 2021'den 2025'e kadar %13'lük bir bileşik yıllık büyüme oranına (CAGR) ulaşması bekleniyor. Safir alt tabaka pazar büyüklüğünün 2025 yılına kadar 8 milyar Yen'e ulaşması, 2021'e kıyasla %108'lik bir artışa ve 2021'den 2025'e kadar %20'lik bir CAGR'ye ulaşması bekleniyor. Alt tabakaların "öncüsü" olarak safir kristallerin pazar büyüklüğü ve büyüme eğilimi açıkça görülüyor.
3. Safir Kristallerin Hazırlanması
Fransız kimyager Verneuil A.'nın yapay mücevher kristalleri üretmek için alev füzyon yöntemini ilk kez icat ettiği 1891 yılından bu yana, yapay safir kristal büyütme çalışmaları bir asırdan fazla bir süredir devam etmektedir. Bu dönemde, bilim ve teknolojideki gelişmeler, daha yüksek kristal kalitesi, gelişmiş kullanım oranları ve düşük üretim maliyetleri gibi endüstriyel talepleri karşılamak için safir büyütme teknikleri üzerine kapsamlı araştırmalara öncülük etmiştir. Safir kristalleri büyütmek için Czochralski yöntemi, Kyropoulos yöntemi, kenar tanımlı film beslemeli büyütme (EFG) yöntemi ve ısı değişim yöntemi (HEM) gibi çeşitli yeni yöntem ve teknolojiler ortaya çıkmıştır.
3.1 Safir Kristalleri Yetiştirmek İçin Czochralski Yöntemi
Czochralski yöntemi, 1918'de Czochralski J. tarafından öncülük edilen ve Czochralski tekniği (kısaca Cz yöntemi) olarak da bilinen bir yöntemdir. 1964 yılında Poladino AE ve Rotter BD bu yöntemi ilk kez safir kristalleri yetiştirmek için uygulamışlardır. Bugüne kadar çok sayıda yüksek kaliteli safir kristali üretilmiştir. Prensip, hammaddenin eriyik oluşturmak için eritilmesini ve ardından eriyik yüzeyine tek bir kristal çekirdeğinin daldırılmasını içerir. Katı-sıvı ara yüzündeki sıcaklık farkından dolayı aşırı soğuma meydana gelir ve eriyik, çekirdek yüzeyinde katılaşır ve çekirdekle aynı kristal yapısına sahip tek bir kristal büyümeye başlar. Çekirdek belirli bir hızda dönerken yavaşça yukarı doğru çekilir. Çekirdek çekildikçe, eriyik ara yüzde kademeli olarak katılaşarak tek bir kristal oluşturur. Eriyikten bir kristal çekmeyi içeren bu yöntem, yüksek kaliteli tek kristaller hazırlamak için yaygın kullanılan tekniklerden biridir.
Czochralski yönteminin avantajları şunlardır: (1) hızlı büyüme hızı, kısa sürede yüksek kaliteli tek kristallerin üretilmesini sağlar; (2) kristaller, pota duvarıyla temas etmeden eriyik yüzeyinde büyür, bu da iç gerilimi etkili bir şekilde azaltır ve kristal kalitesini artırır. Ancak, bu yöntemin en büyük dezavantajı, büyük çaplı kristallerin yetiştirilmesinin zorluğudur ve bu da onu büyük boyutlu kristaller üretmek için daha az uygun hale getirir.
3.2 Safir Kristalleri Yetiştirmek İçin Kyropoulos Yöntemi
Kyropoulos tarafından 1926 yılında icat edilen Kyropoulos yöntemi (kısaca KY yöntemi), Czochralski yöntemiyle benzerlikler taşır. Bu yöntem, bir tohum kristalinin eriyik yüzeyine daldırılmasını ve yavaşça yukarı çekilerek bir boyun oluşturulmasını içerir. Eriyik-tohum ara yüzeyindeki katılaşma hızı sabitlendiğinde, tohum artık çekilmez veya döndürülmez. Bunun yerine, tek kristalin yukarıdan aşağıya doğru kademeli olarak katılaşması ve sonunda tek bir kristal oluşturması için soğutma hızı kontrol edilir.
Kyropoulos prosesi yüksek kalitede, düşük hata yoğunluklu, büyük ve uygun maliyetli kristaller üretir.
3.3 Safir Kristallerin Yetiştirilmesinde Kenar Tanımlı Film Beslemeli Büyüme (EFG) Yöntemi
EFG yöntemi, şekillendirilmiş kristal büyütme teknolojisidir. Prensibi, yüksek erime noktalı bir eriyiğin bir kalıba yerleştirilmesidir. Eriyik, kılcal etki yoluyla kalıbın tepesine çekilir ve burada tohum kristaliyle temas eder. Tohum çekildikçe ve eriyik katılaştıkça tek bir kristal oluşur. Kalıp kenarının boyutu ve şekli, kristal boyutlarını sınırlar. Dolayısıyla, bu yöntemin belirli sınırlamaları vardır ve öncelikle tüpler ve U şeklinde profiller gibi şekillendirilmiş safir kristaller için uygundur.
3.4 Safir Kristallerin Yetiştirilmesinde Isı Değişim Yöntemi (HEM)
Büyük boyutlu safir kristalleri hazırlamak için ısı değişim yöntemi, 1967 yılında Fred Schmid ve Dennis tarafından icat edilmiştir. HEM sistemi, mükemmel ısı yalıtımı, eriyik ve kristaldeki sıcaklık gradyanının bağımsız kontrolü ve iyi kontrol edilebilirlik özelliklerine sahiptir. Düşük dislokasyonlu ve büyük safir kristalleri nispeten kolay bir şekilde üretir.
HEM yönteminin avantajları arasında, büyüme sırasında pota, kristal ve ısıtıcıda hareket olmaması ve Kyropoulos ve Czochralski yöntemlerindeki gibi çekme etkilerinin ortadan kalkması yer alır. Bu, insan müdahalesini azaltır ve mekanik hareketten kaynaklanan kristal kusurlarını önler. Ayrıca, soğutma hızı, termal stresi ve bunun sonucunda oluşan kristal çatlama ve çıkıklık kusurlarını en aza indirmek için kontrol edilebilir. Bu yöntem, büyük boyutlu kristallerin büyümesini sağlar, nispeten kolay çalıştırılır ve gelecek vaat eden geliştirme olanakları sunar.
Safir kristal büyütme ve hassas işleme alanındaki derin uzmanlığımızdan yararlanan XKH, savunma, LED ve optoelektronik uygulamalarına özel uçtan uca özel safir yonga çözümleri sunar. Safire ek olarak, silisyum karbür (SiC) yongalar, silikon yongalar, SiC seramik bileşenler ve kuvars ürünleri de dahil olmak üzere eksiksiz bir yüksek performanslı yarı iletken malzeme yelpazesi sunuyoruz. Tüm malzemelerde olağanüstü kalite, güvenilirlik ve teknik destek sağlayarak, müşterilerimizin gelişmiş endüstriyel ve araştırma uygulamalarında çığır açan performans elde etmelerine yardımcı oluyoruz.
Gönderi zamanı: 29 Ağustos 2025