Як зробити карбід кремнію момосаніт

Муассаніт вирізняється з-поміж інших коштовних каменів як винятковий дорогоцінний камінь, що виблискує більше вогню та блиску, ніж діамант. З моменту свого відкриття понад 100 років тому, його чарівна краса зачаровує ювелірів.

Анрі Муассан з Франції першим виявив муассаніт у метеоритах і кімберлітах, хоча більшість ювелірних муассанітів сьогодні створюють у лабораторії за допомогою передового термічного методу.

Процес Lely

Карбід кремнію (SiC) є відносно новим базовим напівпровідниковим матеріалом, проте його перспективність в енергетиці та радіочастотній техніці була визначена досить швидко. Відповідний виробничий процес був розроблений лише в 1970-х роках; однак сьогодні процес Lely є основним методом виробництва підкладок SiC; він передбачає вирощування монокристалів у контрольованому високотемпературному середовищі з використанням високочистого Si і вуглецю для формування монокристалів, які потім вирощуються у вигляді злитків із заданою чистотою, стехіометрією, гранулометричним складом, а також електричними параметрами, наприклад, характеристиками провідності.

Цей метод виробництва відображає природне утворення муассаніту шляхом створення великих кристалів в інертній атмосфері протягом декількох місяців, відтворюючи природні процеси формування. В результаті отримують кристали з бажаними фізичними характеристиками, такими як низьке теплове розширення і хороша жорсткість - ідеальні якості для нагрівальних елементів, наприклад.

Муассаніт можна створити у два етапи. Спочатку необхідно синтезувати карбід кремнію. Це можна зробити, нагріваючи суміш чистого кварцового піску та нафтового коксу в електродуговій печі - отримуючи щільний карбід кремнію, схожий за структурою на муассаніт.

Після первинного синтезу сировини застосовуються додаткові процеси для перетворення її на кристалічний субстрат. Вони включають декарбонізацію, кристалізацію та очищення від домішок - в результаті чого отримують кристали з високими експлуатаційними властивостями, такими як високий показник заломлення та низьке теплове розширення.

Цей процес базується на методі Лелі, винайденому в 1955 році хіміком Лелі. Він передбачає випаровування і конденсацію карбіду кремнію без переходу в рідкий стан; однак це викликало труднощі з контролем домішок. На початку 1980-х років інший хімік на ім'я Девіс відкрив спосіб контролювати домішки, нагріваючи карбід кремнію до 2500 градусів за Цельсієм, а потім охолоджуючи його в атмосфері аргону; це дало змогу отримати прозорі та безбарвні кристали, які стали відомі як муассаніт на честь їхнього першовідкривача Анрі Муассана.

Зростання потоку

Карбід кремнію - надзвичайно твердий мінерал з твердістю за шкалою Мооса 9 одиниць, що робить його одним з найтвердіших мінералів на Землі. З карбіду кремнію виготовляють бронежилети та керамічні плити; крім того, він часто використовується в різанні як абразив. Крім того, карбід кремнію забезпечує хороші високотемпературні характеристики завдяки низькому коефіцієнту теплового розширення.

Муассаніт - це дорогоцінний камінь, що складається з карбіду кремнію, який був вперше відкритий у 1893 році Анрі Муассаном і названий на його честь. Хоча муассаніт зустрічається рідко, його можна знайти лише в залізо-нікелевих метеоритах або в деяких ультрамафітових магматичних утвореннях. Спочатку були сумніви щодо його відкриття, оскільки дехто припускав, що його зразки могли бути забруднені пилками, які використовувалися для розрізання метеоритів - однак цей аргумент був спростований, оскільки доктор Анрі Муассан сам використовував лише пилки з карбіду кремнію, коли готував свої зразки!

Більшість синтетичних муассанітів, що виробляються сьогодні, є синтетичними; більшість виробників використовують для виробництва метод флюсового вирощування. Він передбачає нагрівання суміші порошку карбіду кремнію і флюсу при високій температурі, а потім повільне охолодження до тих пір, поки на зародковому кристалі не відбудеться кристалізація і не утвориться муассаніт, що має вражаючу схожість з його природним аналогом.

Процес PVT (фізичне перенесення парів) пропонує ще один спосіб виробництва синтетичного муассаніту. Він передбачає сублімацію карбіду кремнію у вакуумі перед нанесенням його на кристали-затравки - створюючи кілька кристалів одночасно і легко контролюючи їхні розміри.

Прикраси з муассанітом можуть бути більш доступними для тих, хто бажає мати привабливий виріб з унікальним кольором і чистотою, ніж його діамантові аналоги, оскільки його ціна визначається міліметровим розміром, а не вагою в каратах. Крім того, муассаніт важить на 15% менше, ніж діаманти, тому ви, швидше за все, отримаєте більший виріб за ту ж саму ціну.

PVT (фізичний транспорт пари)

PVT-тестування дозволяє виробничим командам забезпечити максимальну продуктивність кожної мікросхеми з точки зору температурних і енергетичних характеристик, протоколів управління ризиками, товарного вигляду продукту і потужності масового виробництва. Крім того, PVT дозволяє командам налаштовувати продукцію або вносити необхідні модифікації перед масовим виробництвом, а також проводити інші випробування, такі як ALC або вібраційні випробування.

Карбід кремнію (SiC) - це промисловий матеріал, що має численні застосування в електроніці. Як широкозонний напівпровідник з відмінною термічною стабільністю і пробивною напругою, SiC використовується в таких пристроях, як MOSFET і діоди Шотткі, які використовують його енергетичні можливості. Через низьку теплопровідність і вимоги до легування, необхідні для покращення електричних властивостей, цей матеріал може потребувати подальших модифікацій, перш ніж його можна буде використовувати у високотемпературних компонентах, таких як газові турбіни.

Фізична технологія транспортування парів (PVT) може бути ефективним засобом виробництва великих, високоякісних кристалів карбіду кремнію. У цьому процесі розплавлений вуглець кремнію переноситься через пористий бар'єрний елемент з графітового тигля при високій температурі до сублімації; потім його пара проходить через цей бар'єрний елемент, перш ніж осаджуватися на затравку кристалів. Будь-який матеріал, достатньо пористий, щоб пропускати пари кремнію, може слугувати бар'єром.

Муассаніт, який зазвичай називають побічним продуктом мінералу, може похвалитися чудовими механічними властивостями і може бути вирощений у різних формах. Високостійкий до подряпин і стирання, муассаніт є одним з найтвердіших мінералів в світі з показником твердості 9,25 за шкалою Мооса і дуже міцний, протистоїть тріщинам і переломам, не руйнуючись з часом.

Хоча муассаніт не є широкодоступним мінералом, невеликі його кількості можна знайти в деяких метеоритах і корунді, ще одній сполуці кремнію та вуглецю. Завдяки своїй гексагональній кристалічній структурі та стабільній поведінці при високих температурах, муассаніт можна легко відливати у різні форми для використання в ювелірних виробах.

Хімічне осадження з газової фази

Хімічне осадження з газової фази (CVD) - це інноваційна технологія, яка використовується для нанесення енергонезалежних твердих плівок на підкладки. Цей метод можна застосовувати для виробництва напівпровідникових пластин, карбіду кремнію та інших матеріалів; його застосування варіюється від виробництва напівпровідникових пластин при підвищених температурах до середовищ з атмосферним тиском. Гази-прекурсори адсорбуються і вступають в реакцію на поверхні підкладки, утворюючи бажаний матеріал, який відповідає її кристалічній структурі, з високою щільністю, який також може бути сформований у бажані форми.

Технологія CVD має багато застосувань в електроніці, оптоелектроніці та каталізі - від виробництва монокристалічних епітаксійних шарів кремнію до виготовлення мікроелектромеханічних систем (МЕМС) і наноелектромеханічних систем (НЕМС). На жаль, високі температурні вимоги до вирощування SiC обмежують його використання у виробництві пристроїв MEMS/NEMS, але тривають дослідження з розробки низькотемпературних процесів CVD для використання в цих галузях.

Муассаніт - це форма карбіду кремнію, створена в лабораторіях за допомогою різних методів. Один з найтвердіших мінералів на Землі з твердістю 9,25 одиниць за шкалою Мооса, муассаніт набув популярності як альтернатива алмазу завдяки своїм схожим тепловим та електричним властивостям; звідси і його прізвисько "замінник алмазу". Муассаніт може похвалитися відмінними характеристиками міцності, які запобігають подряпинам або порізам - він також став популярним альтернативним ювелірним вибором завдяки розмаїттю доступних для нього кольорів.

Хімічне осадження з газової фази, або CVD, є основним методом виробництва муассаніту. Цей метод передбачає нагрівання суміші кремнію і вуглецю до надзвичайно високої температури перед подачею газу у вакуумну камеру для формування кристалів карбіду кремнію. CVD має багато переваг над іншими методами виробництва для створення муассаніту.

Синтетичний муассаніт також може бути виготовлений синтетично в лабораторії, забезпечуючи економічну альтернативу природному алмазу. Маючи подібний хімічний склад і варіанти забарвлення, такі як синій, зелений, червоний і сірий відтінки, він забезпечує такий самий коефіцієнт оптичного пропускання, як і природний алмаз, що робить синтетичний муассаніт чудовим кандидатом для застосування в оптичних покриттях.