Was ist saphir
Was ist Saphir
Saphir ist ein kostbares Gut Edelstein, eine Vielzahl des Minerals Korund, bestehend aus Aluminiumoxid (α-Al2O3) mit Spuren von Elementen wie Eisen, Titan, Chrom, Vanadium, oder Magnesium. Der Name Saphir leitet sich aus dem Lateinischen ab “Saphir” und der Grieche “Saphire”, beides bedeutet blau.
Es ist typischerweise blau, aber natürlich “schick” Saphire kommen auch in Gelb vor, lila, orange, und grüne Farben; “Teil Saphire” zwei oder mehr Farben zeigen. Es kommen auch rote Korundsteine vor, aber sie heißen Rubine, nicht Saphire.
Rosafarbener Korund kann je nach Standort entweder als Rubin oder Saphir klassifiziert werden. Häufig, Natürliche Saphire werden zu Edelsteinen geschliffen und poliert und in Schmuckstücken getragen. Sie können auch synthetisch in Laboratorien für industrielle oder dekorative Zwecke in großen Kristallkugeln hergestellt werden.
Aufgrund der bemerkenswerten Härte von Saphiren – 9 auf der Mohs-Skala (das dritthärteste Mineral, nach Diamant bei 10 und Moissanit bei 9.5) – Saphire werden auch in einigen nicht-ornamentalen Anwendungen verwendet, wie etwa infrarotoptische Komponenten, Fenster mit hoher Haltbarkeit, Armbanduhrkristalle und Uhrwerklager, und sehr dünne elektronische Wafer, die als isolierende Substrate für spezielle Festkörperelektronik wie integrierte Schaltkreise und blaue LEDs auf GaN-Basis verwendet werden.
Natürliche Saphire
Saphir ist eine der beiden Edelsteinsorten des Korunds, der andere ist Rubin (definiert als Korund in einem roten Farbton). Obwohl Blau die bekannteste Saphirfarbe ist, sie kommen in anderen Farben vor, einschließlich Grau und Schwarz, und kann auch farblos sein. Eine rosa-orangefarbene Saphirsorte wird Padparadscha genannt.
In Australien gibt es bedeutende Saphirvorkommen, Afghanistan, Kambodscha, Kamerun, China (Shandong), Kolumbien, Äthiopien, Indien (Kaschmir), Kenia, Laos, Madagaskar, Malawi, Mosambik, Myanmar (Birma), Nigeria, Ruanda, Sri Lanka, Tansania, Thailand, Vereinigte Staaten (Montana) und Vietnam. Saphire und Rubine kommen häufig in denselben geografischen Umgebungen vor, aber sie haben im Allgemeinen unterschiedliche geologische Formationen. Zum Beispiel, Sowohl Rubin als auch Saphir kommen im Mogok-Steingebiet in Myanmar vor, aber die Rubine formen sich in Marmor, während sich der Saphir in granitischen Pegmatiten oder Korundsyeniten bildet.
Jede Saphirmine produziert ein breites Spektrum an Qualität, und Herkunft ist keine Garantie für Qualität. Für Saphir, Kaschmir erhält die höchste Prämie, obwohl Burma, Sri Lanka, und Madagaskar produzieren ebenfalls große Mengen hochwertiger Edelsteine.
Die Kosten für natürliche Saphire variieren je nach Farbe, Klarheit, Größe, schneiden, und Gesamtqualität. Völlig unbehandelte Saphire sind weitaus mehr wert als behandelte. Auch die geografische Herkunft hat einen großen Einfluss auf den Preis. Für die meisten Edelsteine mit einem Karat oder mehr, ein unabhängiger Bericht eines angesehenen Labors wie GIA, Lotus-Gemmologie, oder SSEF, wird oft von Käufern benötigt, bevor sie einen Kauf tätigen.
Farben
Saphire in anderen Farben als Blau werden genannt “schick” oder “zweifarbig” Saphire. Ausgefallene Saphire sind oft in Gelb zu finden, orange, Grün, braun, violette und violette Farbtöne.
Synthetischer Saphir
In 1902, Der französische Chemiker Auguste Verneuil stellte ein Verfahren zur Herstellung synthetischer Rubinkristalle vor. In der Flammenfusion (Verneuil-Prozess), Feines Aluminiumoxidpulver wird einer Knallgasflamme zugesetzt, und dieser ist nach unten gegen einen Keramiksockel gerichtet. Nach der erfolgreichen Synthese von Rubin, Verneuil konzentrierte seine Bemühungen auf Saphir. Die Synthese von blauem Saphir kam ins Spiel 1909, Nachdem chemische Analysen des Saphirs Verneuil nahelegten, dass Eisen und Titan die Ursache für die blaue Farbe waren. Verneuil patentierte das Verfahren zur Herstellung synthetischen blauen Saphirs 1911.
Der Schlüssel zum Verfahren besteht darin, dass das Aluminiumoxidpulver nicht schmilzt, wenn es durch die Flamme fällt. Stattdessen bildet es auf dem Sockel einen Sinterkegel. Wenn die Spitze dieses Kegels den heißesten Teil der Flamme erreicht, Die Spitze schmilzt. Somit wird das Kristallwachstum von einem winzigen Punkt aus gestartet, um eine minimale Belastung zu gewährleisten.
Nächste, der Flamme wird mehr Sauerstoff zugeführt, wodurch es etwas heißer brennt. Dadurch dehnt sich der wachsende Kristall seitlich aus. Gleichzeitig, Der Sockel wird mit der gleichen Geschwindigkeit abgesenkt, mit der der Kristall vertikal wächst. Das Aluminiumoxid in der Flamme lagert sich langsam ab, eine tropfenförmige Form erzeugen “Boule” aus Saphirmaterial. Dieser Schritt wird fortgesetzt, bis die gewünschte Größe erreicht ist, Die Flamme wird ausgeschaltet und der Kristall kühlt ab. Der nun längliche Kristall ist aufgrund des hohen Wärmegradienten zwischen der Flamme und der Umgebungsluft stark gespannt. Um diese Belastung zu lösen, Der nun fingerförmige Kristall wird mit einem Meißel angeklopft, um ihn in zwei Hälften zu teilen.
Aufgrund des vertikalen schichtweisen Wachstums des Kristalls und der gekrümmten oberen Wachstumsfläche (was mit einem Tropfen beginnt), Die Kristalle weisen gekrümmte Wachstumslinien auf, die der Oberfläche der Kugel folgen. Dies steht im Gegensatz zu natürlichen Korundkristallen, die eckige Wachstumslinien aufweisen, die sich von einem einzigen Punkt aus erstrecken und den planaren Kristallflächen folgen.
Der Rohstoff der Saphir Das Substrat ist ein Kristallstab, und der Kristallstab ist aus einem Saphirglas gefertigt. Der zugehörige Herstellungsprozess ist wie folgt; Die Kultivierung des Kristallstabs ist der kritischste im Herstellungsprozess des Saphirsubstrats.
Anwendungen
1.Fenster
Synthetik Saphir– manchmal auch als Saphirglas bezeichnet – wird häufig als Fenstermaterial verwendet, weil es sowohl für Lichtwellenlängen dazwischen hochtransparent ist 150 nm (UV) Und 5500 nm (UND) (Das sichtbare Spektrum erstreckt sich über ca 380 nm zu 750 nm), und außerordentlich kratzfest.
Die wichtigsten Vorteile von Saphir Fenster sind:
1.Sehr breites optisches Übertragungsband von UV bis Nahinfrarot, (0.15–5,5 µm)
2.Deutlich stärker als andere optische Materialien oder Standardglasfenster
3.Hohe Kratz- und Abriebfestigkeit (9 auf der Mohs-Skala der Mineralhärteskala, die dritthärteste Natursubstanz neben Moissanit und Diamanten)
4.Extrem hohe Schmelztemperatur (2030 °C)
Einzel Kristallsaphir Nach der Kyropoulos-Methode gezüchtete Kugel. Etwa 200 Millimeter (8 In) im Durchmesser, ungefähr wiegen 30 kg (66 Pfund).
Einige Saphirglasfenster bestehen aus reinen Saphirkugeln, die in einer bestimmten Kristallorientierung gezüchtet wurden, typischerweise entlang der optischen Achse, die c-Achse, für minimale Doppelbrechung für die Anwendung.
Die Kugeln werden auf die gewünschte Fensterstärke geschnitten und anschließend auf die gewünschte Oberflächengüte poliert. Optische Fenster aus Saphir können aufgrund ihrer Kristallstruktur und Härte auf eine Vielzahl von Oberflächengüten poliert werden. Die Oberflächenbeschaffenheit optischer Fenster wird normalerweise durch die Scratch-Dig-Spezifikationen gemäß der weltweit anerkannten Spezifikation MIL-O-13830 bestimmt.
Der Saphir Fenster werden sowohl in Hochdruck- als auch in Vakuumkammern für die Spektroskopie eingesetzt, Kristalle in verschiedenen Uhren, und Fenster in Barcodescannern von Lebensmittelgeschäften, da das Material aufgrund seiner außergewöhnlichen Härte und Zähigkeit sehr kratzfest ist.
In 2014 Apfel verzehrt “Ein Viertel des weltweiten Angebots an Saphir zur Abdeckung der Kameralinse und des Fingerabdrucklesers des iPhones.”
Es wurden mehrere Versuche unternommen, Saphirbildschirme für Smartphones realisierbar zu machen. Apple hat GT Advanced Technologies unter Vertrag genommen, Inc. Saphir-Displays für iPhones herzustellen, Das Unternehmen scheiterte und führte zum Bankrott von GTAT. Das Kyocera Brigadier war das erste Serien-Smartphone mit einem Saphir-Bildschirm.
Es wird für Endfenster einiger Hochleistungslaserröhren verwendet, da es aufgrund seiner Breitbandtransparenz und Wärmeleitfähigkeit sehr hohe Leistungsdichten im Infrarot- oder UV-Spektrum verarbeiten kann, ohne dass es durch Erwärmung zu einer Verschlechterung kommt.
Zusammen mit Zirkonoxid und Aluminiumoxinitrid, Synthetischer Saphir wird für bruchsichere Fenster in gepanzerten Fahrzeugen und verschiedenen militärischen Körperschutzanzügen verwendet, in Verbindung mit Verbundwerkstoffen.
Eine Art von Xenon-Bogenlampe – ursprünglich genannt “Cermax” und jetzt allgemein als bekannt “Xenonlampe mit Keramikkörper” – verwendet Saphirkristall-Ausgabefenster. Dieses Produkt verträgt höhere thermische Belastungen und damit höhere Ausgangsleistungen im Vergleich zu herkömmlichen Xe-Lampen mit reinem Quarzfenster
2. Als Substrat für halbleitend Schaltkreise
Dünne Saphirwafer waren die erste erfolgreiche Verwendung eines isolierenden Substrats, auf dem Silizium abgeschieden wurde, um integrierte Schaltkreise herzustellen, die als Silizium auf Saphir bekannt sind “SOS”; Jetzt können auch andere Substrate für die Schaltungsklasse verwendet werden, die allgemein als Silizium auf Isolator bezeichnet wird. Neben seinen hervorragenden elektrischen Isoliereigenschaften, Saphir hat eine hohe Wärmeleitfähigkeit. CMOS-Chips auf Saphir eignen sich besonders für Hochfrequenz-Hochleistungsanwendungen (RF) Anwendungen, wie sie beispielsweise in Mobiltelefonen zu finden sind, Funkgeräte für die öffentliche Sicherheit, und Satellitenkommunikationssysteme. “SOS” ermöglicht außerdem die monolithische Integration sowohl digitaler als auch analoger Schaltkreise auf einem IC-Chip, und der Bau von Schaltkreisen mit extrem geringem Stromverbrauch.
In einem Prozess, nachdem Einkristall-Saphirkugeln gezüchtet wurden, Sie werden in zylindrische Stangen kerngebohrt, Aus diesen Kernen werden dann Wafer geschnitten.
Wafer aus einkristallinem Saphir werden in der Halbleiterindustrie auch als Substrate für das Wachstum von Bauelementen auf Galliumnitridbasis verwendet (GaN). Die Verwendung von Saphir reduziert die Kosten erheblich, weil es etwa ein Siebtel der Kosten von Germanium hat. Galliumnitrid auf Saphir wird üblicherweise in blauen Leuchtdioden verwendet (LEDs).
3. Bei Lasern
Der erste Laser wurde in hergestellt 1960 von Theodore Maiman mit einem Stab aus synthetischem Rubin. Titan-Saphir-Laser sind aufgrund ihrer relativ seltenen Fähigkeit, auf verschiedene Wellenlängen im roten und nahen Infrarotbereich des elektromagnetischen Spektrums abgestimmt zu werden, beliebt. Sie können auch problemlos modusgekoppelt werden. Bei diesen Lasern wird ein synthetisch hergestellter Saphirkristall mit Chrom- oder Titanverunreinigungen mit intensivem Licht einer speziellen Lampe bestrahlt, oder ein anderer Laser, stimulierte Emission zu erzeugen.
4. Bei Endoprothesen
Monokristalliner Saphir ist ziemlich biokompatibel und der außergewöhnlich geringe Verschleiß von Saphir-Metall-Paaren hat zur Einführung geführt (in der Ukraine) von Saphir-Einkristallen für Hüftgelenk-Endoprothesen
