Искусственные сапфиры России - Инновации и развитие Петербурга

Цитата дня: Человек с новой идеей – не более чем сумасброд, пока идея не восторжествует.
Марк Твен

Искусственные сапфиры России

27.06.2022 в 15:01 | время чтения: 5 мин.

В России более 20 лет производят уникальное сапфировое высокопрочное стекло, которое используется во всем мире в светодиодах и экранах для гаджетов. Высокотехнологичная компания-экспортер, мировой лидер в своем сегменте производства находится в Ставрополье. Это Завод «Монокристалл». По данным французского аналитического агентства Yole Developpement, он является крупнейшим производителем в России и мире искусственных сапфиров.

«Монокристалл» является дочерней компанией концерна «Энергомера».Компания была создана в 1999 году. Главный продукт «Монокристалла» — искусственный сапфир, используемый в светодиодах. Согласно данным Yole Développement, доля компании на мировом рынке сапфира для светодиодов составляет 47%. Таким образом, сапфир Монокристалла используется в каждом 2-м светодиоде. На сегодняшний день около 95% конечной продукции промышленного кластера ориентировано на экспорт: поставки осуществляются в 25 стран.

Производство продукции ведется на трех заводах, расположенных в России и Китае. Российские производства находятся в Ставрополе и в Белгороде. Торговые представительства есть в США, Китае, Южной Корее, Тайване и Европе.

Сапфиры для лампочек и гаджетов

Искусственные сапфиры начали выращивать более ста лет назад. Сапфир – второй по твердости материал на планете, уступающий только алмазу. Поверхность, сделанная из сапфира, может служить практически вечно, ее невозможно разбить или поцарапать. Поэтому его стали использовать для швейцарских часов, и первый сапфир вырастили именно в Швейцарии. С появлением электроники выяснилось, что сапфир обладает свойствами, которые делают его незаменимым в производстве различных гаджетов. Например, способность сапфира быстро проводит тепло делает его идеальным для изготовления светодиодов.  Компактные и экономичные светодиоды  (англ. light-emitting diode, LED) с конца 90х начали вытеснять традиционные источники света. Светодиоды начали массово использовать для подсветки ЖК экранов ноутбуков, телевизоров. Благодаря использованию светодиодов увеличилось время работы аккумуляторов ноутбуков, а телевизоры стали тоньше.  Спустя 30 лет после своего появления LED-лампочки окончательно заменили «лампочки Ильича» за счет своей энергоэффективности: светят они не хуже, а энергии потребляют в 8 раз меньше. Искусственные сапфиры производят более ста лет, но по-прежнему  используются при производстве часов. В XXI веке из сапфирового стекла делают не только швейцарские часы, но и  Apple Watch , а также экраны для i-Phone.

Сапфировые подложки – один из компонентов для производства микросхем. Экономические санкции, наложенные на Россию, ограничивают их поставки в страну. Однако у этого ограничения есть и обратная сторона: производить микрочипы без сапфировых подложек невозможно. «Монокристалл» — мировой лидер в их производстве, и без его поставок  встанут  производства на Тайване, в США, в Корее, поскольку быстро заменить этот компонент другим нельзя.

Чем искусственные сапфиры отличаются от настоящих

Сапфир на мировом ювелирном рынке ценится наравне с алмазом, рубином и изумрудом. В природе этот минерал встречается на всех континентах, кроме Антарктиды, и может быть любого цвета. Самый распространенный сапфир – синий, его окрас – это результат того, что в молекулярной структуре кристалла содержится примесь соединений титана и железа.  Искусственные сапфиры выращивают для разных целей. Ювелирный сапфир можно вырастить и окрасить в любой цвет, добавив в исходное сырье определенный химический элемент. а Кристалл, предназначенный для производства светодиодов и электроники, должен обладать высокой чистотой. Именно поэтому при его выращивании не используют никаких примесей. Такой сапфир абсолютно бесцветный, он прозрачен, как стекло.

Еще одно отличие искусственного сапфира от натурального состоит в том, что внешнее воздействие на натуральный кристалл может деформировать его или разрушить. Кристаллическая структура синтетического сапфира более прочная и не разрушается при аналогичных воздействиях.

Как вырастить сапфир

Технология выращивания кристаллов сапфирового стекла держится в строжайшем секрете, однако было несколько попыток эту технологию украсть. Одна из громких попыток весной 2016 года закончилась уголовным делом. Ее предприняли специалисты китайского промышленного шпионажа, которые пытались завербовать сотрудников предприятия и узнать секреты производства. Итог – «Монокристалл» по-прежнему удерживает технологическое первенство.

Сырье для производства сапфиров – это оксид алюминия. Он загружается в специальную установку и при температуре немногим более 2000 градусов по Цельсию  начинает плавиться. Затем в расплав помещается охлаждаемый и специальным образом подготовленный кусочек сапфира, на котором в особом порядке начинает кристаллизоваться сапфировый расплав. В процессе роста кристалл постепенно разрастается и увеличивается в размерах. На выращивание одного кристалла уходит несколько недель. Готовый сапфир весит более ста килограммов. Хотя последующая их обработка никакой тайны уже не составляет

Следующий  шаг – из кристалла алмазными коронками высверливают цилиндры, которые, как масло ножом, режут на тонкие пластины и шлифуют до идеального состояния. Качество светодиодов начинается с качества и чистоты пластин. Стандарт качества «Монокристалла» — класс чистоты в 100 частиц на кубический метр. Это  позволяет потребителям сразу использовать эти пластины в производстве без дополнительных подготовительных операций. Оставшиеся обрезки идут на повторную переработку, так что технология абсолютно безотходная.

Сапфировая конкуренция

Кроме отечественного «Монокристалла» сапфиры производят одна китайская компания — Aurora, две японских — Namiki Precision Jewel Co. и Kyocera, и американская — Rubicon. Большая конкуренция на рынке заставляет компанию постоянно развиваться, потому что лидирующую позицию можно удержать только благодаря технологическому и техническому превосходству. Единственная возможность остаться лидером на этом рынке – удерживать технологический разрыв с конкурентами. Пока «Монокристаллу» это удается. Компания производит собственное оборудование для выращивания кристаллов. Это российская разработка, которая позволяет получать низкие затраты при высоком качестве. По словам экспертов, искусственные сапфиры, произведенные иностранными компаниями, обычно дороже и худшего качества.   

 Не только сапфиры

Еще одно направление работы «Монокристалла» — выпуск материалов для солнечной энергетики. В преобразовании солнечной энергии работает достаточно простая технология : кремневая пластина специальным образом обрабатывается, и при попадании на нее света генерируется электрический ток, который надо собрать и отвести.  Завод производит специальную пасту — проводник, благодаря которой энергия солнца трансформируется в электричество. Это  одна из главных частей солнечного элемента, и именно она ответственна за то, какая часть солнечной работы будет преобразована в электроэнергию. С помощью продукта «Монокристалла» был создан солнечный элемент с самой большой в мире эффективностью. Пасты компании используются ведущими производителями солнечной энергетики. Это компании Hyundai, Bosch и многие другие.

ОМС

 

 

Поделиться с друзьями