中國粉體網(wǎng)訊 2023年6月15日，河南馭波科技有限公司與華為技術(shù)有限公司聯(lián)合公開了一種高純紫外氟化鈣的制備方法。
紫外級氟化鈣晶體材料
氟化鈣(CaF2)晶體具有透光范圍寬(在0.13μm-10μm波長范圍內(nèi)透光性能良好)，應力雙折射低(在200nm以上無明顯本征雙折射)，折射率均勻，機械性能穩(wěn)定，不潮解，抗輻照損傷能力強等優(yōu)點�，F(xiàn)在氟化鈣晶體在光學方面應用最廣泛，從真空紫外波段至中紅外波段被廣泛的用作光學儀器中窗口、透鏡、棱鏡、分束器、基板、濾光和偏光元件及相位補償鏡等材料，在光學回路中光的發(fā)射、處理和接受部分都有著廣泛的應用。
紫外級氟化鈣 圖源：本征晶體
一種高純紫外氟化鈣的制備方法
一種高純紫外氟化鈣的制備方法，包括以下步驟：酸解工序、一次除雜工序、二次除雜工序、復分解工序、制備工序、處理工序，向方解石礦粉中加入酸溶液得到反應溶液，向反應溶液里加入雙氧水除去雜質(zhì)鐵，用氫氧化鈣調(diào)PH，除去雜質(zhì)鎂，得到一次除雜溶液，向一次除雜溶液中加入酸溶液調(diào)PH值，然后加入硫化銨溶液，除去雜質(zhì)鐵、重金屬、稀土等，得到除雜處理后的鈣溶液，與氨水、二氧化碳氣體進行反應，得到濕體高純碳酸鈣，經(jīng)清洗所得濕體碳酸鈣與氫氟酸反應生成氟化鈣，在經(jīng)低溫真空干燥、大氣燒結(jié)、保溫冷卻得到高純紫外氟化鈣。本方法制得的氟化鈣含雜質(zhì)量少，純度高，紫外透過率、激光損傷閾值、單晶口徑值、雙折射率等滿足使用要求。
令人意外的是，碳酸鈣成為一種高純紫外氟化鈣的制備方法的關(guān)鍵材料之一。
合成高純氟化鈣專用碳酸鈣
據(jù)粉體網(wǎng)編輯了解，除了碳酸鈣、硫酸鈣、氯化鈣、硝酸鈣等也都可以用于合成氟化鈣。在實際應用中，純度99.99%的碳酸鈣才可廣泛應用于高純光學氟化鈣單晶材料、熒光材料、電子填充材料、高純鈣鹽等基礎材料。有研究指出，若碳酸鈣的純度為99.9%，其中主要的雜質(zhì)鐵、鎂、鍶等，其含量約在300-1500PPm之間，達不到合成高純光學氟化鈣材料的要求。
除高純碳酸鈣粉體材料，冰洲石晶體(透明方解石)的化學成分純凈，雙折射和偏振現(xiàn)象明顯，可制作各種偏光器件、分光器件、光隔離器，性能良好，由此可見碳酸鈣在光學領(lǐng)域具備很高的應用潛質(zhì)。
為什么要合成氟化鈣晶體材料？華為為什么不利用氟化鈣礦物生產(chǎn)紫外晶體材料？紫外材料大多是高純度的化學合成材料，在晶體生長過程中需要控制對鈰和鉛的吸收，并必須符合一定的行業(yè)標準。當然也有一些經(jīng)過后期篩選達到要求的天然礦石物料，但由于物料的一致性和穩(wěn)定性沒有保證，一般不推薦使用天然物料。
紫外級氟化鈣晶體標準即將實施
2025年4月1日起，《GB/T44567-2024光學晶體紫外級氟化鈣晶體》標準文件將正式實施。該標準也是歷經(jīng)兩年時間，最終得以實施，從一定程度上說明了這一領(lǐng)域的需求和競爭具有很高的持續(xù)性。
“兩會”為紫外級氟化鈣晶體市場助威
隨著紫外光刻、高精密光學儀器設備、超大望遠鏡及高功率激光器等行業(yè)領(lǐng)域的迅猛發(fā)展，CaF2晶體材料正面臨前所未有的發(fā)展機遇和市場需求。2023年全球氟化鈣晶體市場規(guī)模約79.36百萬美元，預計未來將進入快速、穩(wěn)定增長的態(tài)勢，到2030年市場規(guī)模將接近112.39百萬美元，未來六年CAGR為5.19%。
2023年全球氟化鈣晶體銷量為243，789千克，預計2030年將達到361，802千克，未來六年(2024-2030)年復合增長率CAGR為5.74%。
中國氟化鈣晶體市場占據(jù)全球約14.67%的市場份額，為全球最主要的消費市場之一，且增速高于全球。尤其是在“兩會”聚焦新質(zhì)生產(chǎn)力，大力推動商業(yè)航天、低空經(jīng)濟等新興產(chǎn)業(yè)安全健康發(fā)展。重點培育生物制造、量子科技、具身智能、6G等未來產(chǎn)業(yè)的大背景下，紫外級氟化鈣涉及的高端市場被高度覆蓋，預計到2030年中國氟化鈣晶體市場將增長至19.32百萬美元，2024-2030年年復合增長率約為7.30%。
氟化鈣晶體研發(fā)生產(chǎn)的企業(yè)主要位于歐洲，日本和中國；主要消費地區(qū)位于北美、歐洲和亞太地區(qū)。從氟化鈣晶體產(chǎn)品類別來看，包括單晶和多晶。2023年多晶氟化鈣晶體全球銷量占比60.39%。從產(chǎn)品市場應用情況來看，氟化鈣晶體主要應用于光學領(lǐng)域，電子和半導體，國防和軍工，能源和電力和其他。其中光學領(lǐng)域是氟化鈣晶體最核心的下游市場，2023年市場規(guī)模占比約37.67%。
目前全球主要廠商包括Hellma Materials、尼康、秦皇島本征晶體科技、Corning和佳能等。按收入計，2023年全球前5大生產(chǎn)商占有大約72.64%的市場份額，市場集中度較高，預計未來幾年行業(yè)競爭將比較激烈，尤其在中國市場。
目前，中國科學院上海硅酸鹽研究所、武漢理工大學、暨南大學、同濟大學、長春理工大學、河南馭波科技有限公司、華為技術(shù)有限公司、北京奇峰藍達光學科技發(fā)展有限公司、蘇州湛清環(huán)�？萍加邢薰镜缺姸鄧鴥�(nèi)單位都有研發(fā)或生產(chǎn)紫外級氟化鈣晶體材料。其中，秦皇島本征晶體科技紫外氟化鈣晶體材料市場占比較大，還生產(chǎn)摻雜氟化鈣、低應力或延遲氟化鈣、無熒光氟化鈣、定向氟化鈣等多種氟化鈣衍生產(chǎn)品。
參考來源：粉體網(wǎng)、專利之星、恒州博智研究中心、立車發(fā)光材料有限公司等
(中國粉體網(wǎng)編輯整理/昧光)
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