Saphir
Impex HighTech GmbH bietet eine breite Palette von Produkten aus synthetischem Saphir an. Dieses Material wird u.a. zur Herstellung von Präzisionsoptiken, Kuppeln/Domen, Hochdruckkomponenten, und anderen Optiken verwendet.
Einige unserer Hauptprodukte
- Saphirsubstrate
- Saphirdome (geschliffen und poliert)
- Saphirfenster für optische Standardanwendungen
- Präzisionsfenster (Laser, Analytik, Messtechnik)
- Saphirfenster mit sehr großer Apertur
- Hochtemperaturfenster
- Hochdruckfenster
- Scannerfenster
- Hochdruckrohre
- Saphirrohre und Saphirtiegel (chemische Industrie)
- Saphirlichtleiter (Beauty Care/Dermatologie )
- Saphirspitzen/Saphirskalpelle (Laserchirurgie)
- Lagersteine
- Saphirkomponenten auf spezifische Anfrage
- Saphir Optik vom Lager
Synthetischer einkristalliner Saphir (Al2O3)
ist aufgrund seiner einzigartigen Kombination herausragender optischer, physikalischer und chemischer Eigenschaften das meistgefragte Material im Bereich optischer Hochtechnologieanwendungen. Saphir ist transparent über einen großen Wellenlängenbereich vom Vakuum-UV bis ins mittlere Infrarot (0,18µm bis nahezu 6µm). Aufgrund seiner rhombisch-hexagonalen Kristallstruktur zeigt Saphir in vielen seiner optischen und physikalischen Eigenschaften anisotropes Verhalten. Daher ist das genaue Verhalten optischer Komponenten aus Saphir stark abhängig von der kristallografischen Ausrichtung relativ zur optischen Achse (c-Achse, 0001). Saphir zeigt leichte Doppelbrechung in allen Kristallrichtungen, außer parallel zur c-Achse. Aufgrund seiner extremen Härte – Saphir ist der härteste unter den oxidischen Einkristallen – kann Saphir nur mit wenigen Materialien (z.B. Diamant oder Borcarbid) bearbeitet werden, ist also „kratzfest“ gegenüber anderen Materialien. Dank seiner großen Festigkeit können z.B. Saphirfenster bei gleicher Performance sehr viel dünner gearbeitet werden als vergleichbare Fenster aus anderen optischen Materialien. Ein Grund mehr Saphir auch bei Wellenlängen nahe der Transmissionsgrenze einzusetzen. Die Beständigkeit gegenüber den meisten Chemikalien, seine hohe Temperaturbelastbarkeit und Biokompatiblität erschließen diesem Material unzählige weitere Anwendungsmöglichkeiten außerhalb der Optik in den Bereichen Industrie, Medizin & Healthcare, Luft- und Raumfahrt usw.
Wir liefern vorzugsweise – aber nicht nur – Saphirmaterial, das nach den folgenden Methoden hergestellt wird:
Kyropoulos-Methode
Diese Züchtungsmethode ergibt sehr große Kristallbirnen mit nahezu zylindrischer Form und Durchmessern von 70mm bis 300mm und einer Länge von bis zu 600mm. Kyropoulos-Kristalle zeichnen sich hohe optische Homogenität und sehr niedriger Versetzungsdichte (Kristallfehlstellen) aus und können in jegliche Orientierung zerschnitten werden. Dieses Verfahren ist wirtschaftlich sehr effizient zur Herstellung von Substraten für die LED- und SOS-Technologie.
Stepanov (EFG)-Methode
Diese Methode erlaubt die Züchtung von Kristallen mit Geometrien nahe dem Endprodukt und minimiert den weiteren Bearbeitungsaufwand. Dies führt vielfältig zu einer signifikanten Kostensenkung. Dazu zählen Rohre, Stäbe (auch Ein- und Mehrlochstäbe), Platten oder z.B. einseitig geschlossene Tiegel. Derartige Platten können Abmessungen von ca. 80mm Breite und über 1000mm Länge erreichen. Stäbe und Rohre je nach Durchmesser noch länger. Diese Kristalle können nach verschiedenen kristallografischen Orientierungen gezüchtet werden und finden überall dort Anwendung, wo die optischen Anforderungen nicht so hoch sind.
Optische Eigenschaften | |
|---|---|
Transmissionsbereich in µm (Minimum 10%) | 0,14‐6,4 0,15‐5,4 (parallel c-Achse) |
Transmissionsbereich in µm (Minimum 50%) | 0,16‐4 |
Brechungsindex @633nm | 1,766 (no) 1,758 (nao) |
Reflexionsverluste in % an 1 Oberfläche | 6,94 @2,9µm
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Reflexionsverluste in % an 2 Oberflächen | 14 @0,06µm
|
dN/dT in 1/K | 13,6 · 10-6
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Physikalische Eigenschaften | |
|---|---|
Dichte in g/cm3 | 3,97‐3,99
|
Schmelzpunkt in °C | 2053
|
Spezifische Wärmekapazität in J/(kg · K) | 753
|
Thermische Leitfähigkeit in W/(m · K) | 32,5 (parallel c-Achse) 30,3 (senkrecht c-Achse) |
Thermische Ausdehnung in 1/K | 6,6 · 10-6 (parallel c-Achse) 5 · 10-6 (senkrecht c-Achse) |
Dielektische Konstante | 11,5 (parallel c-Achse) 9,3 (senkrecht c-Achse) |
Wasserlöslichkeit in g/100g | unlöslich |
Mohs-Härte | 9
|
Knoop-Härte in kg/mm² | 2200 (parallel c-Achse) 1900 (senkrecht c-Achse) |
Materialtyp | Einkristall, synthetisch
|
Kristalltyp | hexagonal |
Kristallstruktur | R3c
|
Gitterkonstante in Å | a = 4,785 c = 12,991 |
Elastizitätskonstanten in GPa | C11 = 497 C12 = 164 C33 = 498 C44 = 147 C13 = 111 C14 = 24 |
Elastizitätsmodul (E) in GPa | 360-440
|
Schubmodul (G) in GPa | 145 |
Kompressionsmodul (K) in GPa | 145 |
Biegefestigkeit in MPa | 450‐900
|
Dehnungsgrenze in MPa | 480‐890
|
Poissonzahl | 0,27‐0,3
|
| Spektrale Eigenschaften | |
|---|---|
 |
|
| Probendicke: 2 mm | |
Hauptanwendungsgebiete von synthetischem Saphir
Optik
Saphir ist das überragende Material für die anspruchsvollsten optischen Anwendungen, zum einen aufgrund seiner hohen Transparenz im großen Wellenlängenbereich von etwa 180nm bis nahezu 6µm und zum anderen ist es um Größenordnungen fester als Glas. Die hohe optische Transmission in Verbindung mit der fast 100%igen chemischen Beständigkeit, der mechanischen Verschleißfestigkeit und hohen Temperaturverträglichkeit machen Saphir zum führenden Material in der optischen Sensorik, Spektroskopie, Interferometrie usw.
Mechanik
Hochtemperatur und Hochdruck
Chemie
Elektrotechnik
Neben den typischen Applikationen wie Isolation und Wärmeleitung findet Saphir aufgrund seiner hohen und stabilen dielektrischen Konstante breite Anwendung als elektronisches Substratmaterial. Unter Ausnutzung der anisotropen Eigenschaften bilden Saphirwafer die Grundlage für diverse Produkte aus dem Halbleiterbereich und sind derzeit das am meisten eingesetzte Substratmaterial für die epitaxiale Schichtabscheidung für die GaN-basierten LEDs.
Medizin
Saphir ist ein gängiges Fenstermaterial für medizinische (und auch technische) Endoskope. Das basiert neben der Biokompatibilität auf der hohen Beständigkeit in Kontakt mit biologischem Gewebe und medizinischen Flüssigkeiten und der einfachen Sterilisierbarkeit im Autoklaven. Der Einsatz von Saphirskalpellen oder Spitzen für die Laserchirurgie ist heute gängige Praxis. Im Bereich Beauty Care / Dermatologie bilden Saphirlichtleiter den Kontakt zwischen der Hochenergiequelle und der menschlichen Haut, z.B. bei der Behandlung von Pigmentstörungen, Haar- und Tattooentfernung usw.
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