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:

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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.

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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
Reflexionsverluste in % an 2 Oberflächen
14 @0,06µm
dN/dT in 1/K
13,6 · 10-6
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

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

Saphir findet breite Anwendung als kratzfestes Deckglas bei hochwertigen Uhren, Scanner­anwendungen (Supermarkt, Logistik, chemische und pharmazeutische Industrie) und anderen Einsatz­gebieten, wo höchste Verschleiß­festigkeit gefragt ist. Vom Lagerstein über Handydisplays bis hin zur Wasser-/Sandstrahldüse!

Hochtemperatur und Hochdruck

Aufgrund der einzigartigen Kombination von physikalischen, chemischen und optischen Eigenschaften kann Saphir höchsten Druck- und Temperatur­schock­einflüssen ausgesetzt werden. Mit einem Schmelzpunkt von über 2000°C ein ideales Material für Hoch­temperatur­anwendungen, kommt aber auch in der Kryotechnik zum Einsatz. Kundenspezifische Hoch­temperatur­rohre und Ofenfenster oder Vakuum-Viewports sind nur ein kleiner Auszug aus unserer Fertigungs­palette.

Chemie

Saphir ist chemisch inert gegenüber den meisten üblichen Säuren und Laugen, und das bis zu einer Temperatur von ca. 1000°C. Daher findet es in verschiedenste Anwendungen in der chemischen Industrie. Saphirrohre, -tiegel, -optiken bieten extrem hohe Standzeiten gegenüber anderen Materialien oder müssen gar nicht gewechselt werden. Saphir ersetzt mehr und mehr Quarzprodukte aufgrund seiner höheren Lebensdauer und geringerer Kontaminierbarkeit bei gleichzeitig guter UV-Transmission.

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.