Qu'est-ce que le saphir

Qu'est-ce que saphir

Saphir est un précieux gemme, une variété de corindon minéral, composé d'oxyde d'aluminium (α-Al2O3) avec des traces d'éléments tels que le fer, titane, chrome, vanadium, ou de magnésium. Le nom saphir est dérivé du latin “saphir” et le grec “saphirs”, qui signifient tous les deux bleu.

Il est typiquement bleu, mais naturel “fantaisie” les saphirs existent également en jaune, violet, orange, et les couleurs vertes; “saphirs parti” afficher deux couleurs ou plus. Des pierres de corindon rouge sont également présentes, mais on les appelle rubis et non saphirs.

Le corindon de couleur rose peut être classé comme rubis ou saphir selon les paramètres régionaux.. Communément, les saphirs naturels sont taillés et polis en pierres précieuses et portés en bijoux. Ils peuvent également être créés synthétiquement en laboratoire à des fins industrielles ou décoratives dans de grandes boules de cristal..

En raison de la dureté remarquable des saphirs – 9 sur l'échelle de Mohs (le troisième minéral le plus dur, après le diamant à 10 et moissanite à 9.5) – les saphirs sont également utilisés dans certaines applications non ornementales, tels que les composants optiques infrarouges, fenêtres haute durabilité, cristaux de montre-bracelet et roulements de mouvement, et des plaquettes électroniques très fines, qui sont utilisés comme substrats isolants pour l'électronique à semi-conducteurs à usage spécial, tels que les circuits intégrés et les LED bleues à base de GaN..

Saphirs naturels

Saphir est l'une des deux variétés de corindon, l'autre étant rubis (défini comme du corindon dans une nuance de rouge). Bien que le bleu soit la couleur de saphir la plus connue, ils apparaissent dans d'autres couleurs, dont gris et noir, et peut aussi être incolore. Une variété de saphir orange rosé est appelée padparadscha..

D'importants gisements de saphir se trouvent en Australie, Afghanistan, Cambodge, Cameroun, Chine (Shandong), Colombie, Ethiopie, Inde (Cachemire), Kenya, Laos, Madagascar, Malawi, Mozambique, Birmanie (Birmanie), Nigeria, Rwanda, Sri Lanka, Tanzanie, Thaïlande, États-Unis (Montana) et le Viêt Nam. Le saphir et les rubis se trouvent souvent dans les mêmes contextes géographiques, mais ils ont généralement des formations géologiques différentes. Par exemple, le rubis et le saphir se trouvent dans le Mogok Stone Tract au Myanmar, mais les rubis se forment dans le marbre, tandis que le saphir se forme dans les pegmatites granitiques ou les syénites à corindon.

Chaque mine de saphir produit une large gamme de qualités, et l'origine n'est pas une garantie de qualité. Pour le saphir, Le Cachemire reçoit la prime la plus élevée, bien que la Birmanie, Sri Lanka, et Madagascar produisent également de grandes quantités de pierres précieuses de belle qualité.

Le coût des saphirs naturels varie en fonction de leur couleur, clarté, taille, couper, et la qualité globale. Les saphirs totalement non traités valent bien plus que ceux qui ont été traités.. L'origine géographique a également un impact majeur sur les prix. Pour la plupart des pierres précieuses d'un carat ou plus, un rapport indépendant d'un laboratoire respecté tel que le GIA, Gemmologie du Lotus, ou SSEF, est souvent exigé par les acheteurs avant de procéder à un achat.

Couleurs

Les saphirs de couleurs autres que le bleu sont appelés “fantaisie” ou “bariolé” saphirs. Les saphirs fantaisie se trouvent souvent en jaune, orange, vert, brun, teintes violettes et violettes.

Saphir synthétique

Dans 1902, le chimiste français Auguste Verneuil a annoncé un procédé de production de cristaux de rubis synthétiques. Dans la fusion des flammes (Processus de ruine), une fine poudre d'alumine est ajoutée à une flamme oxyhydrogène, et ceci est dirigé vers le bas contre un socle en céramique. Suite à la synthèse réussie du rubis, Verneuil a concentré ses efforts sur le saphir. La synthèse du saphir bleu est arrivée 1909, après des analyses chimiques du saphir suggérèrent à Verneuil que le fer et le titane étaient à l'origine de la couleur bleue. Verneuil a breveté le procédé de production de saphir bleu synthétique en 1911.

La clé du processus est que la poudre d'alumine ne fond pas lorsqu'elle traverse la flamme.. Au lieu de cela, il forme un cône fritté sur le socle. Quand la pointe de ce cône atteint la partie la plus chaude de la flamme, la pointe fond. Ainsi, la croissance cristalline démarre à partir d'un point minuscule, garantissant une contrainte minimale.

Suivant, plus d'oxygène est ajouté à la flamme, le faisant brûler légèrement plus chaud. Cela élargit latéralement le cristal en croissance.. En même temps, le piédestal s'abaisse au même rythme que le cristal croît verticalement. L'alumine dans la flamme se dépose lentement, créer une forme de larme “boule” en saphir. Cette étape est poursuivie jusqu'à ce que la taille souhaitée soit atteinte, la flamme s'éteint et le cristal refroidit. Le cristal désormais allongé subit beaucoup de contraintes en raison du gradient thermique élevé entre la flamme et l'air ambiant.. Pour libérer cette tension, le cristal désormais en forme de doigt sera tapoté avec un ciseau pour le diviser en deux moitiés.

En raison de la croissance en couches verticales du cristal et de la surface de croissance supérieure incurvée (qui part d'une goutte), les cristaux afficheront des lignes de croissance courbes suivant la surface supérieure de la boule. Ceci contraste avec les cristaux de corindon naturels, qui présentent des lignes de croissance angulaires s'étendant à partir d'un seul point et suivant les faces cristallines planes.

La matière première du saphir le substrat est une tige de cristal, et la tige de cristal est traitée à partir d'un verre saphir. Le processus de fabrication associé est le suivant; la culture de la tige de cristal est la plus critique dans le processus de fabrication du substrat en saphir.

Applications

1.fenêtre

Synthétique saphir-parfois appelé verre saphir-est couramment utilisé comme matériau de fenêtre, car il est à la fois hautement transparent aux longueurs d'onde de la lumière entre 150 nm (UV) et 5500 nm (ET) (le spectre visible s'étend sur 380 nm à 750 nm), et extraordinairement résistant aux rayures.

Les principaux avantages de saphir les fenêtres sont:

1.Bande de transmission optique très large de l'UV au proche infrarouge, (0.15–5,5 µm)

2.Significativement plus résistant que les autres matériaux optiques ou les fenêtres en verre standard

3.Très résistant aux rayures et à l'abrasion (9 sur l'échelle de Mohs de dureté minérale, la 3ème substance naturelle la plus dure après la moissanite et les diamants)

4.Température de fusion extrêmement élevée (2030 °C)

Célibataire cristal saphir boule cultivée selon la méthode Kyropoulos. Environ 200 millimètres (8 dans) en diamètre, pesant environ 30 kilos (66 kg).
Certaines fenêtres en verre saphir sont fabriquées à partir de boules de saphir pur qui ont été cultivées dans une orientation cristalline spécifique., généralement le long de l'axe optique, l'axe c, pour une biréfringence minimale pour l'application.

Les boules sont découpées selon l'épaisseur de fenêtre souhaitée et enfin polies jusqu'à la finition de surface souhaitée.. Les fenêtres optiques en saphir peuvent être polies selon une large gamme de finitions de surface en raison de leur structure cristalline et de leur dureté.. Les finitions de surface des fenêtres optiques sont normalement indiquées par les spécifications de grattage conformément à la spécification MIL-O-13830 adoptée à l'échelle mondiale..

Le saphir les fenêtres sont utilisées dans les chambres à haute pression et à vide pour la spectroscopie, cristaux dans diverses montres, et les fenêtres des lecteurs de codes-barres des épiceries, car la dureté et la robustesse exceptionnelles du matériau le rendent très résistant aux rayures..

Dans 2014 Pomme consommée “un quart de l’approvisionnement mondial en saphir pour couvrir l’objectif de l’appareil photo et le lecteur d’empreintes digitales de l’iPhone.”

Plusieurs tentatives ont été faites pour rendre viables les écrans saphir pour smartphones. Apple a contracté GT Advanced Technologies, Inc.. fabriquer des écrans saphir pour iPhone, l'entreprise a échoué, entraînant la faillite de GTAT. Le Kyocera Brigadier a été le premier smartphone de production doté d'un écran saphir.

Il est utilisé pour les fenêtres d'extrémité de certains tubes laser de haute puissance, car sa transparence à large bande et sa conductivité thermique lui permettent de gérer des densités de puissance très élevées dans le spectre infrarouge ou UV sans se dégrader en raison de la chaleur..

Avec de la zircone et de l'oxynitrure d'aluminium, le saphir synthétique est utilisé pour les fenêtres incassables des véhicules blindés et diverses combinaisons pare-balles militaires, en association avec des composites.

Un type de lampe à arc au xénon – initialement appelée “Cermax” et maintenant connu de manière générique sous le nom de “lampe au xénon à corps en céramique” – utilise des fenêtres de sortie en verre saphir. Ce produit tolère des charges thermiques plus élevées et donc des puissances de sortie plus élevées par rapport aux lampes Xe conventionnelles avec fenêtre en silice pure.

2. Comme substrat pour semi-conducteur circuits

Les fines plaquettes de saphir ont été la première utilisation réussie d'un substrat isolant sur lequel déposer du silicium pour fabriquer des circuits intégrés connus sous le nom de silicium sur saphir ou “SOS”; désormais, d'autres substrats peuvent également être utilisés pour la classe de circuits connus plus généralement sous le nom de silicium sur isolant. Outre ses excellentes propriétés d’isolation électrique, le saphir a une conductivité thermique élevée. Les puces CMOS sur saphir sont particulièrement utiles pour les radiofréquences de haute puissance (FR) des applications telles que celles trouvées dans les téléphones cellulaires, radios de sécurité publique, et systèmes de communication par satellite. “SOS” permet également l'intégration monolithique de circuits numériques et analogiques sur une seule puce IC, et la construction de circuits à très faible puissance.

En un seul processus, après la culture des boules de saphir monocristallin, ils sont carottés en tiges cylindriques, et les tranches sont ensuite découpées à partir de ces noyaux.

Les plaquettes de saphir monocristallin sont également utilisées dans l'industrie des semi-conducteurs comme substrats pour la croissance de dispositifs à base de nitrure de gallium. (GaN). L'utilisation du saphir réduit considérablement le coût, parce que son coût est environ un septième du germanium. Le nitrure de gallium sur saphir est couramment utilisé dans les diodes électroluminescentes bleues (LED).

3. Dans les lasers

Le premier laser a été fabriqué en 1960 par Theodore Maiman avec une tige de rubis synthétique. Les lasers titane-saphir sont populaires en raison de leur capacité relativement rare à s'accorder sur diverses longueurs d'onde dans la région rouge et proche infrarouge du spectre électromagnétique.. Ils peuvent également être facilement verrouillés en mode. Dans ces lasers, un verre saphir produit synthétiquement avec des impuretés de chrome ou de titane est irradié avec une lumière intense provenant d'une lampe spéciale., ou un autre laser, pour créer une émission stimulée.

4. Dans les endoprothèses

Le saphir monocristallin est assez biocompatible et l'usure exceptionnellement faible des paires saphir-métal a conduit à l'introduction (en Ukraine) de monocristaux de saphir pour endoprothèses de la hanche