Sapphire Glass (Al₂O₃) – Kính quang học cứng, chịu nhiệt cao và chất lượng cao

1. Giới thiệu chung

Sapphire Glass, hay còn gọi là Aluminium Oxide (Al₂O₃) single crystal, là một loại kính/quartz cực kỳ bền, trong suốt và cứng, được sử dụng phổ biến trong quang học, cảm biến, cửa sổ chịu nhiệt, thiết bị laser và màn hình cao cấp.

Sapphire Glass nổi bật với:

• Độ cứng cao, đứng thứ 3 sau kim cương, chống trầy xước tốt.

• Truyền sáng rộng, từ UV (≈200 nm) đến mid-IR (~5000 nm).

• Chịu nhiệt tốt, thích hợp cho các ứng dụng nhiệt độ cao.

2. Lịch sử & quy trình sản xuất

Sapphire được phát triển từ nhu cầu kính quang học cứng, chịu nhiệt và bền hóa chất, với khả năng truyền sáng từ UV → visible → IR. Đây là lựa chọn phổ biến cho thiết bị laser, cảm biến quang học, cửa sổ chịu nhiệt, watch crystal và smartphone high-end.

Quy trình sản xuất chính:

1. Tạo tinh thể Al₂O₃: thông qua phương pháp Czochralski (Pulling) hoặc Kyropoulos để tạo khối sapphire trong suốt.

2. Cắt & mài: cắt theo hướng tinh thể mong muốn, gia công phẳng bề mặt.

3. Đánh bóng quang học: đạt độ nhẵn bề mặt, giảm scattering ánh sáng.

4. Kiểm tra chất lượng: độ truyền sáng, homogeneity, absence of inclusions, mechanical integrity.

Sapphire hiện nay được cung cấp dưới dạng thấu kính, cửa sổ, prism, wafer, fiber và màn hình sapphire cho điện thoại và thiết bị cao cấp.

3. Đặc tính kỹ thuật Sapphire Glass

3.1. Đặc tính quang học

• Dải truyền sáng: 200 – 5000 nm (UV → visible → IR).

• Chỉ số khúc xạ (n): ~1.768 @ 589 nm.

• Abbe number: ~72, giảm quang sai màu vừa phải.

• Transmission: >85–90% trong visible & IR, giảm nhẹ ở UV sâu <200 nm.

3.2. Đặc tính cơ học

• Độ cứng (Mohs): 9 (thứ 3 sau kim cương)

• Mật độ: 3.98 g/cm³

• Young’s modulus: 345 GPa

• Poisson’s ratio: 0.23

• Birefringence: rất thấp, đảm bảo quang học ổn định

3.3. Đặc tính nhiệt

• Hệ số giãn nở nhiệt (CTE): 5.6 ×10⁻⁶ /K

• Nhiệt độ làm việc: ≤2000 °C (tùy ứng dụng)

• Softening point: >2000 °C

• Chịu sốc nhiệt: cực tốt so với BK7 hay Fused Quartz

Lưu ý: Sapphire Glass rất cứng, khó gia công hơn BK7 hoặc Chalcogenide, nên chi phí sản xuất cao hơn.

4. Bảng datasheet chuẩn Sapphire Glass (Al₂O₃)

5. Ứng dụng thực tế của Sapphire Glass

1. Thấu kính & window quang học sapphire: camera, laser, telescope, sensor.

2. Cửa sổ chịu nhiệt & IR sapphire: laser systems, industrial optics, thermal imaging.

3. Prism & mirror substrate: phân tách ánh sáng, optics instrumentation.

4. Màn hình sapphire: smartphone cao cấp, watch crystal, thiết bị đeo.

5. Thiết bị quang – điện tử: cảm biến IR, laser optics, spectrometer.

6. So sánh Sapphire Glass với các loại kính khác

Sapphire vượt trội về độ cứng, chịu nhiệt và dải truyền rộng, nhưng chi phí và khó gia công cao hơn BK7 hay Chalcogenide.

7. Lợi ích khi chọn Sapphire Glass

• Độ cứng cực cao, chống trầy xước và bền cơ học.

• Dải truyền sáng rộng, từ UV → visible → mid-IR.

• Chịu nhiệt độ cao, thích hợp cho laser, industrial optics, window chịu nhiệt.

• Ổn định quang học, birefringence thấp.

• Ứng dụng đa dạng, từ optics cao cấp đến thiết bị điện tử và công nghiệp.

8. Kết luận

Sapphire Glass (Al₂O₃) là lựa chọn lý tưởng cho thấu kính, cửa sổ, prism, mirror substrate yêu cầu độ cứng, khả năng truyền sáng rộng và chịu nhiệt cao. Đây là vật liệu quang học cao cấp, thích hợp cho optics chuyên nghiệp, laser systems, IR/UV optics và màn hình sapphire