Sådan laver du siliciumcarbid momossanit

Moissanite skiller sig ud fra mængden som en enestående ædelsten, der funkler med mere ild og glans end diamanter. Siden den blev opdaget for over 100 år siden, har dens betagende skønhed fortryllet juvelererne.

Henri Moissan fra Frankrig var den første, der opdagede moissanit i meteoritter og kimberlitter, selv om de fleste moissanit i smykkekvalitet i dag er laboratorieskabte ved hjælp af en avanceret termisk metode.

Lely-processen

Siliciumcarbid (SiC) er et relativt nyt halvlederbasismateriale, men dets potentiale inden for effekt- og RF-applikationer blev hurtigt identificeret. En passende fremstillingsproces blev ikke etableret før i 1970'erne; i dag er Lely-processen dog den foretrukne fremstillingsmetode for SiC-substrater; den indebærer dyrkning af enkeltkrystaller ved kontrollerede højtemperaturmiljøer ved hjælp af meget rent Si og kulstof for at danne enkeltkrystaller, som derefter dyrkes som barrer med specificeret renhed, støkiometri, kornstørrelsesfordeling samt elektriske parametre som ledningsevneegenskaber.

Denne produktionsmetode afspejler den naturlige dannelse af moissanit ved at skabe store krystaller i en inaktiv atmosfære over flere måneder, hvilket efterligner naturlige dannelsesprocesser. Det resulterer i krystaller med ønskværdige fysiske egenskaber som lav varmeudvidelse og god stivhed - ideelle kvaliteter til f.eks. varmeelementer.

Moissanite kan skabes i to trin. Først skal siliciumcarbid syntetiseres. Det kan gøres ved at opvarme en blanding af rent kvartssand og petroleumskoks i en elektrisk lysbueovn - hvilket giver et tæt siliciumcarbidmateriale, der ligner moissanits struktur.

Efter den indledende syntese af råmaterialet gennemføres yderligere processer for at omdanne det til et krystallinsk substrat. Disse omfatter dekarbonisering, krystallisering og udrensning af urenheder - hvilket i sidste ende giver krystaller med højtydende egenskaber som f.eks. højt brydningsindeks og lav termisk udvidelse.

Denne proces er baseret på Lely-metoden, som blev opfundet i 1955 af kemikeren Lely. Den indebærer fordampning og kondensering af siliciumcarbid uden at passere gennem flydende tilstand, men det gav problemer med at kontrollere urenheder. I begyndelsen af 1980'erne opdagede en anden kemiker ved navn Davis en måde at kontrollere urenheder på ved at opvarme siliciumdampkarbid til 2500 grader, før det blev afkølet i en argongasatmosfære; dette gav klare og farveløse krystaller, som blev kendt som Moissanite efter deres opdager Henri Moissan, der opdagede dem.

Vækst i flux

Siliciumcarbid er et ekstremt hårdt mineral med en hårdhed på Mohs' skala på 9, hvilket gør det til et af de hårdeste mineraler på jorden. Siliciumcarbid kan laves til skudsikre veste og keramiske plader; desuden bruges det ofte til skæring som slibemiddel. Desuden har siliciumcarbid en god ydeevne ved høje temperaturer takket være den lave varmeudvidelseskoefficient.

Moissanit er en ædelsten, der består af siliciumcarbid, som først blev opdaget i 1893 af Henri Moissan og opkaldt efter ham. Selv om den er sjælden, findes moissanit kun i jern-nikkel-meteoritter eller nogle ultramafiske vulkanske formationer. Først var der tvivl om opdagelsen, da nogle mente, at prøverne kunne være blevet forurenet af savklinger, der blev brugt til at skære i meteoritter - men dette argument er siden blevet modbevist, da Dr. Henri Moissan kun brugte klinger af siliciumkarbid, da han selv forberedte sine prøver!

Det meste syntetiske moissanit, der produceres i dag, er syntetisk; de fleste producenter bruger fluxvækstmetoden til produktion. Det indebærer, at en blanding af siliciumcarbidpulver og fluxblanding opvarmes ved høj temperatur, hvorefter den gradvist afkøles, indtil der sker en krystallisering på en frøkrystal, og der produceres moissanit med slående lighed med dens naturlige modstykke.

PVT-processen (fysisk damptransport) er en anden måde at producere syntetisk moissanit på. Det indebærer sublimering af siliciumcarbid i et vakuum, før det deponeres på frøkrystaller - hvilket skaber flere krystaller på én gang og gør det nemt at kontrollere deres størrelse.

Moissanit-smykker kan være mere overkommelige for personer, der ønsker et iøjnefaldende smykke med unik farve og klarhed end dets diamantmodstykke, da dets pris bestemmes af millimeterstørrelse snarere end karatvægt. Desuden vejer moissanit 15% mindre end diamanter, så det er mere sandsynligt, at du får større smykker til samme pris.

PVT (fysisk damptransport)

PVT-test gør det muligt for produktionsteams at sikre, at hver chip fungerer optimalt i forhold til temperatur- og strømspecifikationer, risikostyringsprotokoller, salgbart produktdesign og masseproduktionskapacitet. Desuden giver PVT teams mulighed for at finjustere produkter eller foretage nødvendige ændringer før masseproduktion samt udføre andre tests som ALC- eller vibrationstests.

Siliciumcarbid (SiC) er et industrielt materiale med mange anvendelsesmuligheder inden for elektronik. Som en bredbåndshalvleder med fremragende termisk stabilitet og nedbrydningsspænding bruges SiC i enheder som MOSFET'er og Schottky-dioder, der udnytter dets effektkapacitet. På grund af den lave varmeledningsevne og de dopingkrav, der er nødvendige for at forbedre de elektriske egenskaber, kan dette materiale have brug for yderligere ændringer, før det kan tages i brug i komponenter med højere temperaturer som gasturbiner.

Fysisk damptransportteknik (PVT) kan være et effektivt middel til at producere store siliciumcarbidkrystaller af høj kvalitet. I denne proces overføres smeltet siliciumkulstof gennem et porøst barriereelement fra grafitdiglen ved høj temperatur, indtil det er sublimeret; derefter passerer dampen gennem dette barriereelement, før det aflejres på frøkrystaller. Ethvert materiale, der er porøst nok til at tillade passage af siliciumdamp, kan tjene som barriereelement.

Moissanit, der almindeligvis kaldes mineralets biprodukt, har overlegne mekaniske egenskaber og kan dyrkes i forskellige former. Moissanit er meget modstandsdygtig over for ridser og slid og er et af de hårdeste mineraler, der findes, med en hårdhedsgrad på 9,25 på Mohs' skala, og det er meget stærkt og modstår revner og brud uden at blive beskadiget over tid.

Selv om moissanit ikke er et almindeligt tilgængeligt mineral, findes der små mængder i visse meteoritter og korund, en anden forbindelse af silicium og kulstof. Med sin sekskantede krystalstruktur og stabile opførsel ved høje temperaturer kan moissanit nemt støbes i forskellige former, som også kan bruges til smykker.

Kemisk dampaflejring

Chemical Vapor Deposition, eller CVD, er en innovativ teknik, der bruges til at afsætte ikke-flygtige faste film på substrater. Teknikken kan anvendes til at fremstille halvlederskiver, siliciumcarbid og andre materialer; dens anvendelsesmuligheder spænder fra fremstilling af halvlederskiver ved forhøjede temperaturer til miljøer med atmosfærisk tryk. Forløbergasser adsorberes og reagerer på overfladen af en wafer for at danne det ønskede materiale, der er i overensstemmelse med dets krystalstruktur, med meget tætte resultater, som også kan mønstres i ønskede former.

CVD-teknologien har mange anvendelsesmuligheder inden for elektronik, optoelektronik og katalyse - fra produktion af epitaksiale lag af enkeltkrystal-silicium til fremstilling af mikroelektromekaniske systemer (MEMS) og nanoelektromekaniske systemer (NEMS). Desværre har de høje temperaturkrav til dyrkning af SiC begrænset brugen af det som en del af fremstillingen af MEMS/NEMS-enheder - men der er undersøgelser i gang for at udvikle CVD-processer ved lave temperaturer til brug i disse anvendelser.

Moissanit er en form for siliciumcarbid, der er skabt i laboratorier ved hjælp af forskellige teknikker. Som et af de hårdeste mineraler på jorden med en Mohs-hårdhedsgrad på 9,25 er moissanit blevet kendt som et alternativ til diamant på grund af sine lignende termiske og elektriske egenskaber; deraf kælenavnet “diamanterstatning”. Moissanite har fremragende holdbarhedsegenskaber, der forhindrer ridser eller skæring - det er også blevet et populært alternativt smykkevalg på grund af de mange forskellige farver, der er tilgængelige for det.

Chemical Vapor Deposition, eller CVD, er den foretrukne proces til fremstilling af moissanit. Denne teknik indebærer, at en blanding af silicium og kulstof opvarmes til en ekstremt høj temperatur, før gassen føres ind i et vakuumkammer for at danne siliciumcarbidkrystaller. CVD giver mange fordele i forhold til andre former for produktionsmetoder til fremstilling af moissanit.

Syntetisk moissanit kan også produceres syntetisk i et laboratorium, hvilket giver et økonomisk alternativ til naturlig diamant. Med samme kemiske sammensætning og farvemuligheder som blå, grønne, røde og grå nuancer giver det samme optiske transmissionsgrad som naturlig diamant - hvilket gør syntetisk moissanit til en fremragende kandidat til optiske belægninger.