مواد و اجزای یاقوت کبود

مواد یاقوت کبود و اجزای یاقوت کبود از یک شکل تک کریستالی یا تک بلوری از اکسید آلومینیوم (Al2O3) تشکیل شده است. به عنوان مواد سرامیکی، سختی، خواص مکانیکی و نوری برتری دارند. کاربردها شامل یاتاقان های جواهر، میله های لیزر، قطعات سایش، بسترهای ویفر و اپتیک است.

تولید و رشد

تک بلورهای مواد یاقوت کبود و اجزای یاقوت کبود در فرآیندهای ذوب و رسوب تولید یا رشد می کنند. یاقوت کبود رشد کرده در مذاب بیشتر از یاقوت کبود تولید شده از طریق رسوب شیمیایی بخار (CVD) یا فرآیندهای رسوب دهی اپیتاکسیال استفاده می شود، تکنیک هایی که ورقه های نازک یا لایه های تک کریستالی را روی سایر بسترها تولید می کنند.

فرآیندهای رشد تک کریستال همچنین شامل Czochralski (CZ)، منطقه شناور (FZ)، Bridgeman، Kyropoulos، و رشد با فیلم تعریف شده با لبه (EFG)، و همچنین سایر روش‌های کشیدن کریستال می‌شوند. بسیاری از این فرآیندها یک کریستال دانه را در مذاب غوطه ور می کنند و سپس آن را به آرامی حذف می کنند و یک بول یا شمش تک بلوری را تشکیل می دهند. تبلور در سطح دانه تک کریستال شروع می شود، اما اتم های اضافی خود را در امتداد همان جهت یا صفحه کریستالی قرار می دهند.

از بین این روش های تک کریستالی، فرآیند رشد کریستال Czochralski رایج ترین است. رشد تغذیه شده با فیلم لبه (EFG)، یک روش جدیدتر، به نوارها، لوله ها، میله ها، پروفیل ها یا الیاف یاقوت کبود پیوسته اجازه می دهد تا از مذاب یاقوت کبود با جهت گیری بلوری کنترل شده بیرون کشیده شوند.

دوپانت ها

تک کریستال یاقوت کبود را می توان با عناصر اضافی برای اصلاح خواص و ظاهر دوپ کرد.

• ناخالصی های کروم و تیتانیوم اصلاح کننده های رایج برای کاربردهای لیزر یا میله های لیزر هستند. یاقوت کبود دوپ شده با کروم (Cr: Sapphire یا Cr: Al2O3) یک ماده یاقوت قرمز مایل به قرمز، مصنوعی تولید می کند.

• آلومینا دوپ شده با تیتانیوم و یاقوت کبود با تیتانیوم می توانند پس از عملیات حرارتی مواد آبی رنگ را در غلظت های کافی تولید کنند.

پایگاه داده GlobalSpec SpecSearch اطلاعاتی در مورد این مواد و سایر مواد یاقوت کبود ارائه می دهد.

خواص

در برخی از مواد، مرزهای دانه و نقص در فرآیند تولید می تواند به طور قابل توجهی خواص فیزیکی و الکتریکی را تغییر دهد. با این حال، یاقوت کبود در مقایسه با آلومینا پلی کریستالی خواص برتری دارد، زیرا هیچ مرز دانه ای وجود ندارد. در نتیجه، یاقوت کبود دارای خواص مکانیکی برتر، پایداری شیمیایی و انتقال نور است. مواد تک کریستالی ناهمسانگرد هستند.

مقادیر خواص بسته به جهت یا سطح کریستالی تحت آزمایش متفاوت است. برای مثال، ضریب انبساط حرارتی یاقوت کبود (CTE) 5.3x10-6 در امتداد محور c و 5.3x10-6 عمود بر محور c است. سختی Sapphire 1800 Knoop موازی با محور c و 2200 Knoop عمود بر محور c است.

مقاومت و ثابت دی الکتریک نیز با جهت گیری کریستالی متفاوت است. به عنوان یک قاعده، جهت گیری مواد و اجزای یاقوت کبود هنگام طراحی بسترهای دی الکتریک و ویفرها باید در نظر گرفته شود. Sapphire یک عایق الکتریکی شفاف با رسانایی حرارتی بالا است.

برنامه های کاربردی

مواد و اجزای یاقوت کبود خواص استثنایی دارند که در بسیاری از کاربردهای الکترونیکی، فوتونیک یا نوری مفید هستند. کاربردهای نهایی شامل پنجره های نوری، اپتیک لیزر، میله های لیزر، لنزها، میکرو اپتیک ها، بازتابنده ها، ویفرهای ساختگی، بسترهای سیلیکون روی یاقوت کبود (SOS)، وسایل برای تجهیزات با دمای بالا یا فشار بالا، صفحات حامل یا زیرلایه های دیودهای ساطع نور آبی (LED) و دیودهای لیزر، بسترهای تراشه مدار مجتمع (IC) با سرعت بالا، لوله‌های پلاسما مایکروویو، لوله‌های لامپ فلاش، آشکارسازهای مادون قرمز (IR) و لنزهای فیبر نوری.

به دلیل سختی و ویژگی‌های سایش بالا، یاتاقان‌های جواهر، گلوله‌های یاتاقان، توپ‌های سوپاپ، گیج یا نقاط سبک، قطعات سایش و محورهای جواهر اغلب از یاقوت کبود و یاقوت سرخ ساخته می‌شوند. شفافیت نوری و مقاومت در برابر سایش Sapphire آن را برای پنجره‌های نوری، پنجره‌های اسکنر نقطه‌فروش (POS)، پنجره‌های پروژکتور نمایشگر کریستال مایع (LCD) و صفحه‌های ساعت بسیار مفید می‌کند.

مراجع

MolTech GmbH Molecular Technology - Sapphire

کریستال های سنت گوبین - اجزای یاقوت کبود

منبع: globalspec