Le saphir est à l‟origine d‟importantes filières technologiques et occupant une position stratégique dans la valorisation des innovations et les technologies de pointe. Son introduction, a permis l‟éclosion de ruptures technologiques essentielles dans de nombreux domaines :
• Electronique (Télévision, téléphonie mobile ….)
• Laser
• Médecine
• Eclairage par diodes
• Militaire.
Le secteur de la croissance du saphir est une industrie lourde, et innovante dans ses produits, dont les points forts résident pour beaucoup dans la maîtrise des procédés de croissance cristalline.
La croissance cristalline du saphir s‟est largement développée à partir des applications militaires, mais également civiles (professionnel et grand public) et spatiales. Dans le domaine de l‟éclairage, par exemple, la croissance de saphir prend de plus en plus d‟essor avec le lancement de nombreux programmes de R&D.
Cela a encouragé de nouveaux investisseurs à s‟aventurer dans ce domaine.
Récemment quelques entreprises ont essayé de varier leur activité en regroupant et en acquérant une partie ou toute la chaine de production (matière première, machine de croissance, conditionnement) (Figure I.28). Mais il ne suffit pas d‟avoir les équipements, le plus difficile est d‟acquérir le savoir-faire qui est très couteux. Le prix des équipements ou les machines sont de nos jours très onéreux, le (Tableau.I.3) [YOLE-11] résume quelques caractéristiques et le prix des machines les plus utilisées. Il faut ajouter à cela d‟autres dépenses suivant le type de la machine, le prix des céramiques, quartz, creuset…etc. À titre indicatif le prix de l‟iridium (creuset) est très élevé ce qui représente à lui seul un investissement. La Figure I.29 [SITE EBULLION] montre le cours du prix de l‟iridium de 1992 à 2012 qui est en évolution continue.
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Figure I.28. Chaine de production et d‟usinage du saphir.
Tableau I.3. Quelques exemples de saphirs tirés par des techniques de tirages différentes.
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Figure I.29. Prix de l‟iridium de 1992 à 2012 [SITE EBULLION] I-5-1 Matière première
La matière première peut être utilisée dans la chaine de croissance sous diverses formes (Tableau I.4).
Tableau I.4. Pureté et dimensions des principales poudres utilisées dans la croissance du saphir
Matières premières primaires
matières premières densifié
matières premières cristallisé
Description Poudres
Poudres Craquelé de SaphirPureté 99.99% à 99.994% 99.994% à 99.998%
99.998% à 99.999%
Dimension 6 à 150 µm 1-5 mm >1mm
Illustration
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Pour la fabrication de la matière première cristallisée (craquelé) la méthode Verneuil est la plus couramment utilisée. Les cristaux obtenus ont des petits diamètres (typiquement <1,5 ") qui sont ensuite broyés pour obtenir du craquelé qui va être utilisé pour la croissance de cristaux dans des équipements de tirages telle que Kyropoulos, CZ, EFG, µ-pulling down ...
Dans la plupart des cas, les barreaux de cristaux de saphir cristallisé par la méthode Verneuil sont utilisés pour des applications bien précises comme la fabrication des verres de montre. Les chutes sont commercialisées comme craquelées (Figure I.30) [SITE RSA]. Mais pour la méthode Verneuil, il est indispensable d‟utiliser des quantités élevées d'hydrogène.
Figure I.30. Double utilisation des cristaux produits par Verneuil [SITE RSA]
Tous les fabricants de saphir réutilisent le craquelé, ce qui représente jusqu'à 30% de leurs besoins totales en matière première. La matière première primaire (poudre ) est rarement utilisée pour la croissance de gros cristaux en raison de leur densité et leur surface spécifique élevée qui va provoquer l‟adsorption d‟une grande quantité de gaz qui à son tour se traduit par des quantités élevées de bulles. Ainsi chaque fabriquant a développé sa propre recette avec des matières premières spécifiques pour contourner ce problème. L'utilisation des poudre d'alumine ou le craquelé ou un mélange des deux pour la croissance de Saphir est préférable afin de:
Remplir les creusets en un seul chargement.
Réduire les bulles dans les cristaux.
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Le remplissage du creuset optimal est obtenu en mélangeant différents types d'alumine dans les bonnes proportions (Figure I.31):
Craquelés
Poudre d‟alumine ( ou )
Figure I.31. Différence entre l‟utilisation du craquelé et/ou poudre d‟alumine La pureté de la matière première est essentielle pour obtenir des cristaux de saphir exempts de défaut. Les impuretés proviennent de la matière première et du processus de fabrication. Ces défauts modifient également les spectres de transmission optique. La présence de faibles quantités (<10 ppm) de métaux de transition (par exemple: Cr, Ti, Fe ...) peut générer de la coloration (ce qu‟on appelle des centres colorés). Il faut savoir aussi que les impuretés qui modifies l'absorption IR peuvent avoir un effet négatif sur le processus de croissance du cristal et ceci en affectant les flux de chaleur et la forme de l‟interface de cristallisation.
Depuis mi-2010 et après le succès rapide de l'industrie des LED, le craquelé de saphir est devenu rare. Ce qui a engendré une augmentation des prix de cette matière première et par la même encouragé de nombreux fabricants de saphir Verneuil à croitre leur production pour répondre à la demande.
Des sociétés comme RSA le Rubis, Sasol et Sumitomo et d‟autres nouveaux arrivant telle que Haemaroo ont améliorées la pureté et la densité des
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poudres, on peut dire même que certain de leurs produits en terme de qualité est proche de celle du craquelé de saphir.
Pour avoir une idée sur la fourchette des prix pratiqués la figure I.32 montre la gamme de prix appliquée aux matières premières les plus utilisés.
Figure I.32. Prix des matières premières d‟alumines et de craquelés disponibles sur le marché.
I-5-2 Saphir : Etude de marché et tendance de l’offre et la demande