Hur man gör kiselkarbid Momossanite

Moissanite sticker ut från mängden som en exceptionell ädelsten, gnistrande med mer eld och briljans än diamant. Sedan den upptäcktes för över 100 år sedan har dess fängslande skönhet förtrollat juvelerare.

Henri Moissan från Frankrike var den förste som upptäckte moissanit i meteoriter och kimberliter, även om de flesta moissaniter av smyckeskvalitet idag är laboratorieskapade med en avancerad termisk metod.

Lely-processen

Kiselkarbid (SiC) är ett relativt nytt basmaterial för halvledare, men dess potential för kraft- och RF-applikationer identifierades tidigt. En lämplig tillverkningsprocess etablerades inte förrän på 1970-talet, men idag är Lely-processen den vanligaste tillverkningsmetoden för SiC-substrat; den innebär att man odlar enkristaller i kontrollerade miljöer med hög temperatur och använder mycket rent Si och kol för att bilda enkristaller som sedan odlas som göt med specificerad renhet, stökiometri, kornstorleksfördelning samt elektriska parametrar som ledningsförmåga.

Denna produktionsmetod speglar den naturliga bildningen av moissanit genom att skapa stora kristaller i en inert atmosfär under flera månader, vilket efterliknar naturliga bildningsprocesser. Detta resulterar i kristaller med önskvärda fysiska egenskaper som låg värmeutvidgning och god styvhet - idealiska egenskaper för t.ex. värmeelement.

Moissanite kan skapas i två steg. Först måste kiselkarbid syntetiseras. Detta kan åstadkommas genom att värma en blandning av ren kiseldioxidkvartssand och petroleumkoks i en elektrisk ljusbågsugn - vilket ger ett tätt kiselkarbidmaterial som liknar moissanitens struktur.

Efter den inledande syntesen av råmaterialet genomförs ytterligare processer för att omvandla det till ett kristallint substrat. Dessa inkluderar avkolning, kristallisering och rening av föroreningar - vilket i slutändan ger kristaller med högpresterande egenskaper som högt brytningsindex och låg termisk expansion.

Denna process baseras på Lely-metoden, som uppfanns 1955 av kemisten Lely. Den innebär att kiselkarbid förångas och kondenseras utan att passera genom flytande tillstånd, men detta medförde svårigheter att kontrollera föroreningar. I början av 1980-talet upptäckte en annan kemist vid namn Davis ett sätt att kontrollera föroreningar genom att värma kiselånga karbid till 2500degC innan den kyldes i en argongasatmosfär; detta producerade klara och färglösa kristaller som blev kända som Moissanite efter att deras upptäckare Henri Moissan upptäckte dem.

Fluxtillväxt

Kiselkarbid är ett extremt hårt mineral med en hårdhet på 9 enligt Mohs skala, vilket gör det till ett av de hårdaste mineralen på jorden. Kiselkarbid kan tillverkas till skottsäkra västar och keramiska plattor; dessutom används det ofta som slipmedel i skärande applikationer. Dessutom ger kiselkarbid bra prestanda vid höga temperaturer tack vare sin låga termiska expansionskoefficient.

Moissanite är en ädelsten som består av kiselkarbid och som först upptäcktes 1893 av Henri Moissan och uppkallades efter honom. Även om moissanit är sällsynt kan den endast hittas i järn-nickelmeteoriter eller i vissa ultramafiska magmatiska formationer. Till en början var man tveksam till upptäckten eftersom vissa trodde att proverna kunde ha förorenats av sågblad som använts för att skära meteoriter - men detta argument har sedan dess motbevisats eftersom Dr Henri Moissan endast använde blad av kiselkarbid när han själv preparerade sina prover!

De flesta syntetiska moissaniter som produceras idag är syntetiska; de flesta tillverkare använder fluxtillväxtmetoden för produktion. Detta innebär att en blandning av kiselkarbidpulver och flussblandning upphettas vid hög temperatur innan den gradvis kyls långsamt tills kristallisering sker på en frökristall och producerar moissanit med slående likhet med dess naturliga motsvarighet.

PVT-processen (physical vapor transport) erbjuder ett annat sätt att producera syntetisk moissanit. Det innebär att kiselkarbid sublimeras i vakuum innan det deponeras på frökristaller - vilket skapar flera kristaller på en gång och gör det enkelt att kontrollera deras storlek.

Moissanite-smycken kan vara mer prisvärda för personer som vill ha ett iögonfallande smycke med unik färg och klarhet än dess diamantmotsvarighet, eftersom priset bestäms av millimeterstorlek snarare än karatvikt. Dessutom väger moissanite 15% mindre än diamanter så det är mer troligt att du får större bitar för samma kostnad.

PVT (fysikalisk ångtransport)

PVT-testning gör det möjligt för tillverkningsteamen att säkerställa att varje chip presterar på topp när det gäller temperatur- och effektspecifikationer, riskhanteringsprotokoll, säljbar produktdesign och massproduktionskapacitet. PVT gör det dessutom möjligt att finjustera produkter eller göra nödvändiga modifieringar före massproduktion samt att utföra andra tester, t.ex. ALC- eller vibrationstester.

Kiselkarbid (SiC) är ett industriellt material med många tillämpningar inom elektronik. Som halvledare med brett bandgap och utmärkt termisk stabilitet och genombrottsspänning används SiC i enheter som MOSFET och Schottky-dioder som utnyttjar dess effektkapacitet. På grund av låg värmeledningsförmåga och dopningskrav som krävs för förbättrade elektriska egenskaper kan detta material behöva ytterligare modifieringar innan det kan tas i bruk i komponenter med högre temperaturer som gasturbiner.

Physical Vapor Transport Technique (PVT) kan vara ett effektivt sätt att producera stora, högvärdiga kiselkarbidkristaller. I denna process överförs smält kiselkol genom en porös barriärdel från dess grafitdegel vid hög temperatur tills det sublimeras; sedan passerar dess ånga genom denna barriärdel innan den deponeras på frökristaller. Alla material som är tillräckligt porösa för att tillåta kiselånga att passera kan fungera som barriärelement.

Moissanite, som vanligen kallas mineralets biprodukt, har överlägsna mekaniska egenskaper och kan odlas till olika former. Moissanite är mycket motståndskraftig mot repor och nötning och är en av de hårdaste mineralerna som finns med en hårdhetsgrad på 9,25 på Mohs-skalan och mycket stark, motstår sprickor eller frakturer utan att skadas över tiden.

Även om moissanit inte är ett allmänt tillgängligt mineral kan små mängder hittas i vissa meteoriter och korund, en annan förening av kisel och kol. Med sin hexagonala kristallstruktur och stabila högtemperaturbeteende kan moissanit lätt gjutas i olika former för användning i smyckesapplikationer.

Kemisk förångningsdeposition

Chemical Vapor Deposition, eller CVD, är en innovativ teknik som används för att deponera icke-flyktiga fasta filmer på substrat. Tekniken kan användas för att tillverka halvledarplattor, kiselkarbid och andra material; tillämpningarna sträcker sig från tillverkning av halvledarplattor vid förhöjda temperaturer till atmosfäriska tryckmiljöer. Prekursorgaser adsorberas och reagerar på ytan av en wafer för att bilda önskat material som överensstämmer med dess kristallstruktur, med mycket täta resultat som också kan mönstras i önskade former.

CVD-tekniken har många tillämpningar inom elektronik, optoelektronik och katalys - från produktion av epitaxiella lager av enkristallint kisel till tillverkning av mikroelektromekaniska system (MEMS) och nanoelektromekaniska system (NEMS). Tyvärr har de höga temperaturkraven för att odla SiC begränsat dess användning som en del av tillverkningen av MEMS/NEMS-enheter - men studier pågår för att utveckla CVD-processer med låg temperatur för användning inom dessa applikationer.

Moissanite är en form av kiselkarbid som skapas i laboratorier med hjälp av olika tekniker. Som en av de hårdaste mineralerna på jorden med en Mohs-hårdhetsgrad på 9,25 har moissanit blivit framträdande som ett alternativ till diamant på grund av dess liknande termiska och elektriska egenskaper; därav smeknamnet "diamantsubstitut". Moissanite har utmärkta hållbarhetsfunktioner som förhindrar repor eller skärning - det har också blivit ett populärt alternativt smyckesval på grund av dess olika färger som finns tillgängliga för det.

Chemical Vapor Deposition, eller CVD, är den vanligaste processen för att producera moissanite. Denna teknik innebär att en blandning av kisel och kol värms upp till en extremt hög temperatur innan gasen förs in i en vakuumkammare för att bilda kiselkarbidkristaller. CVD erbjuder många fördelar jämfört med andra former av produktionsmetoder för att skapa moissanite.

Syntetisk moissanit kan också produceras syntetiskt i ett laboratorium, vilket ger ett ekonomiskt alternativ till naturdiamant. Med liknande kemisk sammansättning och färgalternativ som blå, gröna, röda och grå nyanser ger den samma optiska transmittansvärde som naturlig diamant - vilket gör syntetisk moissanit till en utmärkt kandidat för optiska beläggningsapplikationer.

sv_SESwedish
Bläddra till toppen