كم تعرف عن الياقوت؟

كريستال الياقوتيتم زراعته من مسحوق الألومينا عالي النقاء بدرجة نقاء تزيد عن 99.995%. إنها أكبر منطقة طلب على الألومينا عالية النقاء. لديها مزايا القوة العالية والصلابة العالية والخصائص الكيميائية المستقرة. يمكن أن تعمل في البيئات القاسية مثل درجات الحرارة العالية والتآكل والتأثير. يستخدم على نطاق واسع في التكنولوجيا الدفاعية والمدنية وتكنولوجيا الإلكترونيات الدقيقة وغيرها من المجالات.

من مسحوق الألومينا عالي النقاء إلى كريستال الياقوت

التطبيقات الرئيسية للياقوت

الركيزة LED هي أكبر تطبيق للياقوت. يعد تطبيق LED في الإضاءة هو الثورة الثالثة بعد مصابيح الفلورسنت والمصابيح الموفرة للطاقة. مبدأ LED هو تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ضوئية. عندما يمر التيار عبر شبه الموصل، تتحد الثقوب والإلكترونات، ويتم إطلاق الطاقة الزائدة على شكل طاقة ضوئية، مما يؤدي في النهاية إلى إنتاج تأثير الإضاءة المضيئة.تكنولوجيا رقاقة LEDيعتمد علىرقائق الفوقي. من خلال طبقات من المواد الغازية المترسبة على الركيزة، تشمل المواد الركيزة بشكل رئيسي ركيزة السيليكون،الركيزة كربيد السيليكونوالركيزة الياقوت. من بينها، تتمتع الركيزة الياقوتية بمزايا واضحة مقارنة بالطريقتين الأخريين للركيزة. تنعكس مزايا الركيزة الياقوتية بشكل أساسي في استقرار الجهاز، وتكنولوجيا التحضير الناضجة، وعدم امتصاص الضوء المرئي، ونفاذية الضوء الجيدة، والسعر المعتدل. وفقًا للبيانات، فإن 80% من شركات LED في العالم تستخدم الياقوت كمادة أساسية.

بالإضافة إلى المجال المذكور أعلاه، يمكن أيضًا استخدام بلورات الياقوت في شاشات الهواتف المحمولة، والمعدات الطبية، وتزيين المجوهرات وغيرها من المجالات. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أيضًا استخدامها كمواد نافذة لمختلف أدوات الكشف العلمي مثل العدسات والمنشورات.

تحضير بلورات الياقوت

في عام 1964، قام Poladino, AE وRotter, BD بتطبيق هذه الطريقة لأول مرة على نمو بلورات الياقوت. حتى الآن، تم إنتاج عدد كبير من بلورات الياقوت عالية الجودة. المبدأ هو: أولاً، يتم تسخين المواد الخام إلى نقطة الانصهار لتكوين مادة مصهورة، ثم يتم استخدام بذرة بلورية واحدة (أي بلورة البذور) للاتصال بسطح المادة المصهورة. نظرًا لاختلاف درجات الحرارة، يتم تبريد الواجهة الصلبة والسائلة بين بلورة البذرة والمذاب بشكل فائق، لذلك يبدأ المصهور في التصلب على سطح بلورة البذرة ويبدأ في تكوين بلورة واحدة لها نفس البنية البلورية مثل البلورةكريستال البذور. وفي الوقت نفسه، يتم سحب بلورة البذور ببطء إلى الأعلى وتدويرها بسرعة معينة. عندما يتم سحب بلورة البذور، يتصلب المنصهر تدريجيًا عند السطح البيني للصلب والسائل، ومن ثم يتم تشكيل بلورة واحدة. هذه طريقة لتنمية البلورات من المصهور عن طريق سحب بلورة البذور، والتي يمكنها تحضير بلورات مفردة عالية الجودة من المصهور. إنها إحدى طرق نمو البلورات شائعة الاستخدام.

مزايا استخدام طريقة Czochralski لنمو البلورات هي:

(1) معدل النمو سريع، ويمكن زراعة بلورات مفردة عالية الجودة في فترة زمنية قصيرة؛ 

(2) تنمو البلورة على سطح المنصهر ولا تتلامس مع جدار البوتقة، مما يمكن أن يقلل بشكل فعال من الضغط الداخلي للبلورة ويحسن جودة البلورة. 

ومع ذلك، فإن العيب الرئيسي لهذه الطريقة في زراعة البلورات هو أن قطر البلورة التي يمكن زراعتها صغير، وهو ما لا يفضي إلى نمو بلورات كبيرة الحجم.

طريقة كيروبولوس لزراعة بلورات الياقوت

ويشار إلى طريقة كيروبولوس، التي اخترعها كيروبولس في عام 1926، باسم طريقة KY. مبدأها مشابه لمبدأ طريقة Czochralski، أي أن بلورة البذور تتلامس مع سطح الذوبان ثم يتم سحبها ببطء إلى الأعلى. ومع ذلك، بعد سحب بلورة البذرة لأعلى لفترة من الوقت لتشكيل رقبة بلورية، لم يعد يتم سحب بلورة البذرة للأعلى أو تدويرها بعد استقرار معدل التصلب للواجهة بين الذوبان وبلورة البذرة. يتم ترسيخ البلورة المفردة تدريجيًا من الأعلى إلى الأسفل عن طريق التحكم في معدل التبريد، وأخيراً أكريستال واحديتم تشكيل.

تتميز المنتجات التي تنتجها عملية الطحن بخصائص الجودة العالية وكثافة العيوب المنخفضة والحجم الكبير والفعالية الأفضل من حيث التكلفة.

نمو بلورات الياقوت بطريقة القالب الموجه

كتقنية خاصة لنمو البلورات، يتم استخدام طريقة القالب الموجه وفقًا للمبدأ التالي: عن طريق وضع مصهور ذو درجة انصهار عالية في القالب، يتم امتصاص المصهور على القالب عن طريق العمل الشعري للقالب لتحقيق الاتصال مع بلورة البذور ، ويمكن تشكيل بلورة واحدة أثناء سحب بلورة البذور والتصلب المستمر. في الوقت نفسه، حجم الحافة وشكل القالب لهما قيود معينة على حجم البلورة. ولذلك، فإن هذه الطريقة لها بعض القيود في عملية التطبيق ولا تنطبق إلا على بلورات الياقوت ذات الشكل الخاص مثل الأنبوبي وعلى شكل حرف U.

نمو بلورات الياقوت بطريقة التبادل الحراري

تم اختراع طريقة التبادل الحراري لتحضير بلورات الياقوت كبيرة الحجم بواسطة فريد شميد ودينيس في عام 1967. تتمتع طريقة التبادل الحراري بتأثير عزل حراري جيد، ويمكنها التحكم بشكل مستقل في تدرج درجة حرارة الذوبان والبلورة، ولديها إمكانية تحكم جيدة، وهي من الأسهل أن تنمو بلورات الياقوت ذات الخلع المنخفض والحجم الكبير.

تتمثل ميزة استخدام طريقة التبادل الحراري لنمو بلورات الياقوت في أن البوتقة والبلورة والسخان لا يتحركان أثناء نمو البلورة، مما يؤدي إلى القضاء على عملية التمدد لطريقة kyvo وطريقة السحب، مما يقلل من عوامل التدخل البشري، وبالتالي تجنب البلورة العيوب الناجمة عن الحركة الميكانيكية. وفي الوقت نفسه، يمكن التحكم في معدل التبريد لتقليل الضغط الحراري البلوري وما ينتج عن ذلك من عيوب تشقق وخلع البلورات، ويمكن أن تنمو بلورات أكبر. إنه أسهل في التشغيل ولديه آفاق تطوير جيدة.

المصادر المرجعية:

[1] تشو تشن فنغ. بحث عن مورفولوجيا السطح وتلف الشقوق في بلورات الياقوت بواسطة تقطيع المنشار السلكي الماسي

[2] تشانغ هوي. بحث تطبيقي على تكنولوجيا نمو بلورات الياقوت كبيرة الحجم

[3] تشانغ شيوبينغ. بحث حول نمو بلورات الياقوت وتطبيق LED

[4] ليو جي. نظرة عامة على طرق وخصائص تحضير كريستال الياقوت