Cómo fabricar Momossanite de carburo de silicio

La moissanita destaca entre el resto como una gema excepcional, que brilla con más fuego y brillo que el diamante. Desde su descubrimiento hace más de 100 años, su cautivadora belleza ha fascinado a los joyeros.

El francés Henri Moissan fue el primero en descubrir la moissanita en meteoritos y kimberlitas, aunque hoy en día la mayor parte de la moissanita apta para joyería se crea en laboratorio mediante un método térmico avanzado.

Proceso Lely

El carburo de silicio (SiC) es un material base semiconductor relativamente nuevo; sin embargo, su potencial en aplicaciones de potencia y radiofrecuencia se identificó rápidamente desde el principio. No fue hasta la década de 1970 cuando se estableció un proceso de fabricación adecuado; hoy en día, sin embargo, el proceso Lely es el método de fabricación de referencia para los sustratos de SiC; este consiste en el crecimiento de monocristales en entornos a alta temperatura controlada, utilizando silicio y carbono de alta pureza para formar monocristales que, posteriormente, se cultivan en forma de lingotes con una pureza, estequiometría y distribución del tamaño de grano específicas, así como con parámetros eléctricos como las características de conductividad.

Este método de producción imita la formación natural de la moissanita mediante la creación de cristales de gran tamaño en una atmósfera inerte a lo largo de varios meses, reproduciendo así los procesos naturales de formación. El resultado son cristales con características físicas muy apreciadas, como una baja expansión térmica y una buena rigidez, cualidades ideales para, por ejemplo, elementos calefactores.

La moissanita se puede crear en dos pasos. En primer lugar, hay que sintetizar carburo de silicio. Esto se consigue calentando una mezcla de arena de cuarzo de sílice puro y coque de petróleo en un horno de arco eléctrico, lo que da lugar a un material denso de carburo de silicio similar a la estructura de la moissanita.

Tras la síntesis inicial de la materia prima, se llevan a cabo procesos adicionales para transformarla en un sustrato cristalino. Entre ellos se incluyen la descarbonización, la cristalización y la eliminación de impurezas, lo que da como resultado cristales con propiedades de alto rendimiento, como un alto índice de refracción y una baja expansión térmica.

Este proceso se basa en el método Lely, inventado en 1955 por el químico Lely. Consiste en vaporizar y condensar carburo de silicio sin pasar por el estado líquido; sin embargo, esto planteaba dificultades a la hora de controlar las impurezas. A principios de la década de 1980, otro químico llamado Davis descubrió una forma de controlar las impurezas calentando el vapor de carburo de silicio a 2500 °C antes de enfriarlo en una atmósfera de argón; esto produjo cristales transparentes e incoloros que pasaron a denominarse «moissanita», en honor a su descubridor, Henri Moissan.

Crecimiento del flujo

El carburo de silicio es un mineral extremadamente duro, con una dureza de 9 en la escala de Mohs, lo que lo convierte en uno de los minerales más duros de la Tierra. El carburo de silicio se puede utilizar para fabricar chalecos antibalas y placas cerámicas; además, se emplea a menudo en aplicaciones de corte como abrasivo. Por otra parte, el carburo de silicio ofrece un buen comportamiento a altas temperaturas gracias a su bajo coeficiente de expansión térmica.

La moissanita es una gema compuesta de carburo de silicio que fue descubierta por primera vez en 1893 por Henri Moissan y que lleva su nombre. Aunque es poco común, la moissanita solo se encuentra en meteoritos de hierro-níquel o en algunas formaciones ígneas ultramáficas. Al principio hubo dudas sobre su descubrimiento, ya que algunos supusieron que las muestras podrían haberse contaminado con las hojas de sierra utilizadas para cortar los meteoritos; sin embargo, este argumento ha quedado desmentido, ya que el Dr. Henri Moissan utilizó únicamente hojas de carburo de silicio cuando preparó él mismo sus muestras.

La mayor parte de la moissanita que se produce hoy en día es sintética; la mayoría de los fabricantes utilizan el método de crecimiento con fundente para su producción. Este método consiste en calentar a alta temperatura una mezcla de polvo de carburo de silicio y fundente, para luego enfriarla lentamente hasta que se produzca la cristalización en un cristal semilla, obteniéndose así una moissanita con un parecido sorprendente a su equivalente natural.

El proceso PVT (transporte físico de vapor) ofrece otra forma de producir moissanita sintética. Consiste en sublimar carburo de silicio al vacío antes de depositarlo sobre cristales semilla, lo que permite crear múltiples cristales a la vez y controlar fácilmente su tamaño.

Las joyas de moissanita pueden resultar más asequibles para quienes desean una pieza llamativa con un color y una claridad únicos que las de diamantes, ya que su precio viene determinado por el tamaño en milímetros y no por el peso en quilates. Además, la moissanita pesa 15% menos que los diamantes, por lo que es más probable que consigas piezas más grandes por el mismo precio.

PVT (transporte físico de vapor)

Las pruebas PVT permiten a los equipos de fabricación garantizar que cada chip rinda al máximo en cuanto a especificaciones de temperatura y potencia, protocolos de gestión de riesgos, diseño de productos comercializables y capacidad de producción en serie. Además, las pruebas PVT permiten a los equipos ajustar los productos o realizar las modificaciones necesarias antes de la producción en serie, así como llevar a cabo otras pruebas, como las de ALC o las de vibración.

El carburo de silicio (SiC) es un material industrial con numerosas aplicaciones en el ámbito de la electrónica. Al tratarse de un semiconductor de banda ancha con una excelente estabilidad térmica y tensión de ruptura, el SiC se utiliza en dispositivos como los MOSFET y los diodos de Schottky, que aprovechan sus capacidades de potencia. Debido a su baja conductividad térmica y a los requisitos de dopaje necesarios para mejorar sus propiedades eléctricas, es posible que este material requiera modificaciones adicionales antes de poder utilizarse en componentes que operan a temperaturas más elevadas, como las turbinas de gas.

La técnica de transporte físico de vapor (PVT) puede ser un método eficaz para producir cristales de carburo de silicio de gran tamaño y alta pureza. En este proceso, el carburo de silicio fundido se transfiere a través de un elemento de barrera poroso desde su crisol de grafito a alta temperatura hasta que se sublima; a continuación, su vapor atraviesa este elemento de barrera antes de depositarse sobre los cristales semilla. Cualquier material lo suficientemente poroso como para permitir el paso del vapor de silicio puede servir como elemento de barrera.

La moissanita, conocida comúnmente como un subproducto de este mineral, presenta unas propiedades mecánicas superiores y puede cultivarse en diversas formas. Altamente resistente a los arañazos y a la abrasión, la moissanita es uno de los minerales más duros que existen, con una dureza de 9,25 en la escala de Mohs, y es muy resistente, ya que no se agrieta ni se fractura con el paso del tiempo.

Aunque la moissanita no es un mineral muy común, se pueden encontrar pequeñas cantidades en determinados meteoritos y en el corindón, otro compuesto de silicio y carbono. Gracias a su estructura cristalina hexagonal y a su comportamiento estable a altas temperaturas, la moissanita se puede moldear fácilmente en diversas formas para su uso también en joyería.

Deposición química en fase de vapor

La deposición química en fase de vapor (CVD, por sus siglas en inglés) es una técnica innovadora que se utiliza para depositar películas sólidas no volátiles sobre sustratos. Esta técnica puede aplicarse a la fabricación de obleas semiconductoras, carburo de silicio y otros materiales; sus aplicaciones abarcan desde la producción de obleas semiconductoras a temperaturas elevadas hasta entornos a presión atmosférica. Los gases precursores se adsorben y reaccionan en la superficie de una oblea para formar el material deseado, que se adapta a su estructura cristalina, con resultados de gran densidad que también pueden modelarse para obtener las formas deseadas.

La tecnología CVD tiene múltiples aplicaciones en electrónica, optoelectrónica y catálisis, desde la producción de capas epitaxiales de silicio monocristalino hasta la fabricación de sistemas microelectromecánicos (MEMS) y sistemas nanoelectromecánicos (NEMS). Lamentablemente, los elevados requisitos de temperatura que exige el crecimiento del SiC han limitado su uso en la fabricación de dispositivos MEMS/NEMS, aunque se están llevando a cabo estudios para desarrollar procesos CVD a baja temperatura que puedan utilizarse en estas aplicaciones.

La moissanita es una forma de carburo de silicio creada en laboratorios mediante diversas técnicas. Al ser uno de los minerales más duros de la Tierra, con una dureza de 9,25 en la escala de Mohs, la moissanita ha ganado protagonismo como alternativa al diamante debido a sus propiedades térmicas y eléctricas similares; de ahí su apodo de “sustituto del diamante”. La moissanita cuenta con excelentes propiedades de durabilidad que evitan que se raye o se corte; además, se ha convertido en una opción popular en joyería gracias a la variedad de colores en los que está disponible.

La deposición química en fase de vapor (CVD, por sus siglas en inglés) es el proceso más utilizado para la producción de moissanita. Esta técnica consiste en calentar una mezcla de silicio y carbono a una temperatura extremadamente alta antes de introducir el gas en una cámara de vacío para formar cristales de carburo de silicio. La CVD ofrece numerosas ventajas frente a otros métodos de producción de moissanita.

La moissanita sintética también puede producirse en un laboratorio, lo que la convierte en una alternativa económica al diamante natural. Con una composición química similar y opciones de color como los tonos azules, verdes, rojos y grises, ofrece el mismo índice de transmitancia óptica que el diamante natural, lo que hace de la moissanita sintética una excelente opción para aplicaciones de recubrimiento óptico.