当前位置:首页 > 粉体技术 > 粉体应用技术 > 正文
蓝宝石用量这么大,不是没道理的!
2020年12月09日 发布 分类:粉体应用技术 点击量:2728
觉得文章不错?分享到:

自从手机巨头苹果宣布要在苹果6/6plus应用蓝宝石屏幕(虽然后面泡汤了)之后,整个蓝宝石市场便瞬间沸腾了起来,全球大小厂商都想在这个领域分一杯羹。当然你也知道这事最后凉了,不过Apple Watch还是采用了蓝宝石屏幕,目前看来蓝宝石行业的投资热情还是比较高的。

蓝宝石

目前看来,蓝宝石已经是现代工业重要的基础材料之一,而且随着行业产能的普遍提升、蓝宝石材料制造成本以及销售价格的下降,蓝宝石材料在LED衬底、消费类电子产品领域势头也是一片大好。不过这些并不是蓝宝石的全部哦,它其实还有超多潜能可供它大展手脚!

一、蓝宝石的基本性质

蓝宝石之所以被看好,除了有苹果的助推外,最主要靠的还是自己。工业上,蓝宝石一般是指中等到暗红色至紫红色之外的其他颜色透明的刚玉晶体,其化学成分为Al2O3,属α-Al2O3变体,纯净时为无色透明,熔点为2030℃,沸点为3500℃,具有高表面平滑度、高电阻率及高介电性能。这些优良的光学、力学、热学、化学及电学性能决定了蓝宝石在军事及民用领域中的重要地位和作用。

蓝宝石

①耐磨损性:由于具有很高的硬度和透明度,是蓝宝石晶体常用于制作耐磨损窗口或其他精密机械零件。

②化学稳定性:蓝宝石具有高度的化学稳定性,在绝大多数化学反应过程中不会被腐蚀。

③机械特性:蓝宝石单晶因其高硬度和高强度,可以在温度范围从超低温至 1500℃高温之间的不同环境中保持高强度、耐磨耗与高度的稳定性。同时是目前已知的硬度最高的氧化物晶体材料,仅次于金刚石达莫氏9级。

④光学透过率:蓝宝石单晶材料的穿透波长范围为 0.19nm~5.5nm,加之其优异的化学稳定性,抗磨损,高硬度和耐高温等特性,使蓝宝石制作的窗口片和传感器光学零件广泛应用于高真空系统、高温炉及其他苛刻的环境。

⑤热力学特性:2050℃左右的熔点,加之优越的化学、机械及光学特性,使蓝宝石晶体广泛应用于许多苛刻的加工环境中。

⑥介电性能:有电介质绝缘、恒定的介电常数。

⑦蓝宝石还具有高拉伸强度、抗冲刷性、热导性、显著的抗热冲击性等性能。

二、蓝宝石的应用

目前蓝宝石最重要的商业用途是用在照明上的基底和蓝宝石硅的无线电射频集成电路中。蓝宝石晶体除广泛应用于军用红外装置、导弹、潜艇、卫星空间技术、探测和高功率强激光等领域,它还为微电子、光电子、半导体、信息显示尤其是蓝(白)光LED照明产业提供了窗口材料。

1.光学窗口和整流罩

蓝宝石单晶因其卓越的综合性能成为理想的中红外窗口材料,在军用光电设备中得到了广泛的应用。用蓝宝石单晶做成的红外光学窗口和整流罩,已广泛用于机载、星载、舰载以及潜基、陆基光电设备,尤其在高马赫数导弹整流罩、透明装甲、潜艇窗口以及高功率强激光等军用设备中的地位和作用不可替代。

蓝宝石

如:美国海军战区防御系统截击导弹、斯普林特防御拦截弹(HEDI)、美国第五代近距空对空导弹(AM–9X)、以色列新一代近战空对空导弹(Python5)以及已安装于美、德、韩和希腊等国军舰上的导弹(RM–116RAM)等都使用了蓝宝石整流罩。

2.掺钛蓝宝石激光器及其应用

掺钛蓝宝石单晶(Ti3+:Al2O3)的激光应用最早于1982年被发现后,对其研究不断深入,以Ti:Al2O3作为工作物质的各类激光器也迅速发展。Ti:Al2O3激光器为科学研究提供了便利和灵活的研究工具。与其他具有竞争优势的激光材料相比,其主要特点是:①光谱输出范围从超窄单一频率到宽的带宽,覆盖几百纳米,可提供超快脉冲;②宽的可调谐范围,可达400nm;③高功率,如对于全固态可调谐Ti:Al2O3激光器,天津大学和中国科学院物理研究所已分别实现6W(其转换率为22.2%)和6.44 W(其转换率为40.25%)的激光输出。

蓝宝石

目前,Ti:Al2O3激光器已实现脉冲、准连续、连续、锁模运转,已涉及激光器研究领域的各个方面,包括:提高输出功率、扩大调谐范围、压缩线宽、稳频以及提高光束质量等。它在军事与工程方面也应用广泛。如激光测距、光电干扰、红外对抗、致盲武器等军事领域,以及激光通信、海洋探测、大气环境监测、激光手术及微加工等诸多领域。

3.掺杂蓝宝石单晶热(光)释光材料及其应用

蓝宝石单晶最早于20世纪50年代被美国Wisconsin大学的Daniels发现具有优良的热释光性能,但它对γ射线的热释光灵敏度很低。为改善蓝宝石单晶的热释光性能,相继研制了一系列掺杂的蓝宝石单晶热释光材料,如α-Al2O3:(Mg,Ti,Y)、α-Al2O3:Cr和α-Al2O3:(Si,Ti)。1990年,Akselrod等采用提拉法生长了一种优良的新型热释光材料α-Al2O3:C晶体。目前,美国Landauer公司研制生产的α-Al2O3:C热释光剂量计已被欧美国家广泛使用。

4.蓝宝石光纤传感器及其应用

蓝宝石单晶光纤传感器可采用激光加热小基座法生长。一般用于恶劣环境,为避免其表面完整性遭到破坏而影响光纤的传输性能,可采用溶胶-凝胶法对蓝宝石单晶光纤涂覆透明多晶氧化铝包层。

蓝宝石

蓝宝石光纤传感器

蓝宝石单晶光纤传感器因其在可见至近红外波段具有良好的光学传输特性及蓝宝石单晶的耐高温特性,使得蓝宝石光纤可应用于高温传感和生物医学领域的近红外激光传输。蓝宝石单晶光纤温度传感器除了具有普通光纤温度传感器所具有的动态范围大、灵敏度高、响应快、抗电磁干扰等优点外,还可以实现大范围、高精度、高信噪比、大带宽的温度测量,并广泛应用于等离子体沉积、高频电加热炉及高温热气流等领域。

5.蓝宝石基片和衬底

蓝宝石单晶因其优良的机械性能、介电性能(适中的介电常数和较低的介电损耗)、化学稳定性以及高表面平滑度而成为制备高温超导薄膜、红外光学材料、微电子器件等的最优质基片和衬底材料,具体包括:①高温超导薄膜的衬底,如Tl系薄膜TlBa2Ca2Cu3Oy②红外光学材料的衬底,如近红外材料的碲镉汞晶体,砷化镓(GaAs)、磷化镓(GaP)、氮化镓(GaN),硫化锌(ZnS)、硒化锌(ZnSe)、碲化镉(CdTe)、氧化锌(ZnO)、SiO2及金刚石等;③大规模集成电路元件及微电子器件的基片,如高亮蓝光LED等。

蓝宝石

目前全球 80%LED 企业采用蓝宝石衬底,蓝宝石材料也是氮化物半导体衬底、集成电路衬底的首选材料。在随着电子信息技术的发展,尤其是半导体照明产业的飞速发展,对蓝宝石基片的市场需求也越来越强烈。

6.光学元件、探测窗口及其它应用

蓝宝石单晶因其理想的光学性能及机械性能,可制作成实验用的光学元件,如透镜、棱镜及反射镜;以及科学研究用的探测仪器,如重力波探测仪等。蓝宝石单晶因具有宽透过波段、高透过、高强度、耐高温、耐磨损、耐腐蚀,而可用作在各种高温、高压等恶劣环境下工作的设备及仪器的观察窗口和探测窗口,如:耐高温的热电偶及锅炉水位计,耐磨损的商品条码扫描仪窗口,耐腐蚀的煤、气、油井探测用的传感器及探测器窗口等。

蓝宝石

红外微透镜

在其它民用方面,蓝宝石还可用作医用手术刀具、精密仪表壳体、精密机械轴承及高档钟表、首饰。还有各种杯具器皿、透明灯具及护目镜片等。

7.5G相关的功能器件

由于在透红外光、介电性能和抗划伤等方面的突出优势,蓝宝石不仅可以使触摸屏的敏感度和反应速度更高,且硬度大可以抵挡刀划等各种磨损,因此被广泛应用于消费电子领域,主要包括智能手机摄像头的保护盖板、指纹识别HOME键盖板、智能手表屏幕盖板以及未来可能推广的智能手机屏幕盖板等。

蓝宝石

有消息称诺基亚10 PureView可能会配备蓝宝石玻璃显示屏

目前,Apple Watch对蓝宝石单晶的采购量将超过全球蓝宝石单晶总产量的18%。根据IDC统计,2018年全球可穿戴市场出货量约1.722亿台,其中,智能手表出货量高达5131万,同比增长54.3%。业内预计,到2021年,智能手机蓝宝石盖板的市场规模将由2016年的2.3亿美元增长至139.8亿美元,智能手表用蓝宝石盖板的市场规模可由2.4亿美元增长至6.2亿美元。

资料来源:

蓝宝石单晶的生长技术及应用研究进展,范志刚,刘建军,肖昊苏,张旺,关春颖,苑立波。

蓝宝石的现状与未来发展,李欣,邢鹏飞。

粉体圈 NANA整理


相关标签:
相关内容:
 

粉体求购:

设备求购:

寻求帮助:

合作投稿:

粉体技术:

关注粉体圈

了解粉体资讯