Hvad er safir
Hvad er safir
Safir er en dyrebar ædelsten, en række af mineralet korund, bestående af aluminiumoxid (a-Al2O3) med spormængder af grundstoffer såsom jern, titanium, krom, vanadium, eller magnesium. Navnet safir er afledt af latin “safir” og det græske “safirer”, som begge betyder blå.
Den er typisk blå, men naturligt “fancy” safirer forekommer også i gult, lilla, orange, og grønne farver; “del safirer” vise to eller flere farver. Røde korundsten forekommer også, men kaldes rubiner ikke safirer.
Pink-farvet korund kan klassificeres enten som rubin eller safir afhængigt af lokalitet. Almindeligvis, naturlige safirer skæres og poleres til ædelsten og bæres i smykker. De kan også fremstilles syntetisk i laboratorier til industrielle eller dekorative formål i store krystalboller.
På grund af den bemærkelsesværdige hårdhed af safirer - 9 på Mohs-skalaen (det tredje hårdeste mineral, efter diamant kl 10 og moissanite kl 9.5) – Safirer bruges også i nogle ikke-pyntede applikationer, såsom infrarøde optiske komponenter, vinduer med høj holdbarhed, armbåndsurkrystaller og bevægelseslejer, og meget tynde elektroniske wafere, som bruges som isoleringssubstrater for special-solid-state elektronik såsom integrerede kredsløb og GaN-baserede blå LED'er.
Naturlige safirer
Safir er en af de to perle-varianter af korund, den anden er rubin (defineret som korund i en rød nuance). Selvom blå er den mest kendte safirfarve, de forekommer i andre farver, inklusive grå og sort, og kan også være farveløs. En lyserød orange variant af safir kaldes padparadscha.
Betydelige safirforekomster findes i Australien, Afghanistan, Cambodja, Cameroun, Kina (Shandong), Colombia, Etiopien, Indien (Kashmir), Kenya, Laos, Madagaskar, Malawi, Mozambique, Myanmar (Burma), Nigeria, Rwanda, Sri Lanka, Tanzania, Thailand, Forenede Stater (Montana) og Vietnam. Safir og rubiner findes ofte i de samme geografiske omgivelser, men de har generelt forskellige geologiske formationer. For eksempel, både rubin og safir findes i Myanmars Mogok-stentrakt, men rubinerne dannes i marmor, mens safiren dannes i granitiske pegmatitter eller korundsyenitter.
Hver safirmine producerer en bred vifte af kvalitet, og oprindelse er ikke en garanti for kvalitet. Til safir, Kashmir modtager den højeste præmie, selvom Burma, Sri Lanka, og Madagaskar producerer også store mængder af fine kvalitets ædelstene.
Prisen på naturlige safirer varierer afhængigt af deres farve, klarhed, størrelse, skære, og overordnet kvalitet. Safirer, der er fuldstændig ubehandlede, er langt mere værd end dem, der er blevet behandlet. Geografisk oprindelse har også stor betydning for prisen. Til de fleste ædelstene på en karat eller mere, en uafhængig rapport fra et respekteret laboratorium som GIA, Lotus Gemologi, eller SSEF, er ofte påkrævet af købere, før de vil foretage et køb.
Farver
Safirer i andre farver end blå kaldes “fancy” eller “delfarvet” safirer.Fancy safirer findes ofte i gult, orange, grøn, Brun, lilla og violette nuancer.
Syntetisk safir
I 1902, den franske kemiker Auguste Verneuil annoncerede en proces til fremstilling af syntetiske rubinkrystaller. I flamme-fusionen (Verneuil proces), fint aluminiumoxidpulver tilsættes til en iltbrintflamme, og denne er rettet nedad mod en keramisk piedestal. Efter den vellykkede syntese af rubin, Verneuil fokuserede sin indsats på safir. Syntese af blå safir kom ind 1909, efter kemiske analyser af safir foreslog Verneuil, at jern og titanium var årsagen til den blå farve. Verneuil patenterede processen med at fremstille syntetisk blå safir i 1911.
Nøglen til processen er, at aluminiumoxidpulveret ikke smelter, når det falder gennem flammen. I stedet danner den en sinterkegle på piedestalen. Når spidsen af den kegle når den varmeste del af flammen, spidsen smelter. Således starter krystalvæksten fra et lille punkt, sikrer minimal belastning.
Næste, mere ilt tilføres flammen, får det til at brænde lidt varmere. Dette udvider den voksende krystal lateralt. På samme tid, piedestalen sænkes med samme hastighed, som krystallen vokser lodret. Aluminiumoxidet i flammen aflejres langsomt, skabe en dråbeformet “boule” af safirmateriale. Dette trin fortsættes, indtil den ønskede størrelse er nået, flammen slukkes og krystallen afkøles. Den nu aflange krystal indeholder en masse belastning på grund af den høje termiske gradient mellem flammen og den omgivende luft. For at frigøre denne stamme, den nu fingerformede krystal vil blive banket med en mejsel for at dele den i to halvdele.
På grund af den lodrette lagvækst af krystallen og den buede øvre vækstflade (som starter fra et fald), krystallerne vil vise buede vækstlinjer efter den øverste overflade af boulen. Dette er i modsætning til naturlige korundkrystaller, som har kantede vækstlinjer, der udvider sig fra et enkelt punkt og følger de plane krystalflader.
Råmaterialet af safir substratet er en krystalstang, og krystalstangen er forarbejdet af en safirkrystal. Den relaterede fremstillingsproces er som følger; dyrkningen af krystalstangen er den mest kritiske i safirsubstratfremstillingsprocessen.
Applikationer
1.vindue
Syntetisk safir- nogle gange omtalt som safirglas - bruges almindeligvis som vinduesmateriale, fordi det både er meget gennemsigtigt for bølgelængder af lys imellem 150 nm (UV) og 5500 nm (OG) (det synlige spektrum strækker sig ca 380 nm til 750 nm), og ekstraordinært ridsefast.
De vigtigste fordele ved safir vinduer er:
1.Meget bredt optisk transmissionsbånd fra UV til nær-infrarød, (0.15–5,5 µm)
2.Betydeligt stærkere end andre optiske materialer eller standardglasvinduer
3.Meget modstandsdygtig over for ridser og slid (9 på Mohs-skalaen for mineralsk hårdhedsskala, det 3. hårdeste naturlige stof ved siden af moissanite og diamanter)
4.Ekstremt høj smeltetemperatur (2030 °C)
Enkelt krystal safir boule dyrket efter Kyropoulos-metoden. Rundt regnet 200 millimeter (8 i) i diameter, vejer ca 30 kg (66 lb).
Nogle safirglasvinduer er lavet af rene safirboller, der er blevet dyrket i en bestemt krystalorientering, typisk langs den optiske akse, c-aksen, for minimum dobbeltbrydning for applikationen.
Boulen skæres op i den ønskede vinduestykkelse og poleres til sidst til den ønskede overfladefinish. Safir optiske vinduer kan poleres til en lang række overfladefinisher på grund af dens krystalstruktur og dens hårdhed. Overfladefinishen på optiske vinduer kaldes normalt ud af ridse-grave-specifikationerne i overensstemmelse med den globalt vedtagne MIL-O-13830-specifikation.
Det safir vinduer bruges i både højtryks- og vakuumkamre til spektroskopi, krystaller i forskellige ure, og vinduer i købmandsbutikkens stregkodescannere, da materialets exceptionelle hårdhed og sejhed gør det meget modstandsdygtigt over for ridser.
I 2014 Æble forbrugt “en fjerdedel af verdens forsyning af safir til at dække iPhones kameralinse og fingeraftrykslæser.”
Der er gjort flere forsøg på at gøre safirskærme til smartphones levedygtige. Apple har indgået kontrakt med GT Advanced Technologies, Inc. at fremstille safirskærme til iPhones, satsningen mislykkedes, hvilket resulterede i GTAT's konkurs. Kyocera Brigadier var den første produktionssmartphone, der havde en safirskærm.
Den bruges til endevinduer på nogle kraftige laserrør, da dens bredbåndsgennemsigtighed og termiske ledningsevne gør det muligt for den at håndtere meget høje effekttætheder i det infrarøde eller UV-spektrum uden at blive forringet på grund af opvarmning.
Sammen med zirconia og aluminiumoxynitrid, syntetisk safir bruges til brudsikre ruder i pansrede køretøjer og forskellige militære panserdragter, i forbindelse med kompositter.
En type xenonbuelampe – oprindeligt kaldet “Cermax” og nu kendt generisk som “keramisk krop xenon lampe” – bruger safirkrystal output-vinduer. Dette produkt tolererer højere termiske belastninger og dermed højere udgangseffekter sammenlignet med konventionelle Xe-lamper med rent silicavindue
2. Som underlag for halvledende kredsløb
Tynde safirskiver var den første vellykkede brug af et isolerende substrat, hvorpå man kunne afsætte silicium for at gøre de integrerede kredsløb kendt som silicium på safir eller “SOS”; nu kan andre substrater også bruges til den klasse af kredsløb, der mere generelt er kendt som silicium på isolator. Udover dens fremragende elektriske isolerende egenskaber, safir har høj varmeledningsevne. CMOS-chips på safir er især nyttige til højeffekt radiofrekvenser (RF) applikationer som dem, der findes i mobiltelefoner, radioer for offentlig sikkerhed, og satellitkommunikationssystemer. “SOS” giver også mulighed for monolitisk integration af både digitale og analoge kredsløb alt sammen på én IC-chip, og konstruktionen af ekstremt lave strømkredsløb.
I én proces, efter at der er dyrket enkelt krystal safir boules, de er kerneboret til cylindriske stænger, og vafler skæres derefter i skiver fra disse kerner.
Vafler af enkeltkrystal safir bruges også i halvlederindustrien som substrater til vækst af enheder baseret på galliumnitrid (GaN). Brugen af safir reducerer omkostningerne betydeligt, fordi det koster omkring en syvendedel af germanium. Galliumnitrid på safir er almindeligt anvendt i blå lysemitterende dioder (LED'er).
3. I lasere
Den første laser blev lavet i 1960 af Theodore Maiman med en stang af syntetisk rubin. Titanium-safir lasere er populære på grund af deres relativt sjældne kapacitet til at blive indstillet til forskellige bølgelængder i det røde og nær-infrarøde område af det elektromagnetiske spektrum. De kan også nemt mode-låses. I disse lasere bestråles en syntetisk fremstillet safirkrystal med krom- eller titaniumurenheder med intenst lys fra en speciel lampe, eller en anden laser, at skabe stimuleret emission.
4. I endoproteser
Monokrystallinsk safir er ret biokompatibel, og det usædvanligt lave slid på safir-metalpar har ført til introduktionen (i Ukraine) af safirmonokrystaller til hofteledsendoproteser
