とは サファイア
サファイア 貴重なものです ジェムストーン, さまざまなミネラルコランダム, 酸化アルミニウムからなる (α-Al2O3) 鉄などの微量元素を含む, チタン, クロム, バナジウム, またはマグネシウム。サファイアの名前はラテン語に由来します “サフィラス” とギリシャ語 “サファイア”, どちらも青を意味します.
通常は青色です, でも自然 “はで” サファイアも黄色で発生します, 紫の, オレンジ, と緑の色; “パーティーサファイア” 2つ以上の色を表示する. 赤いコランダム石も発生します, ただしサファイアではなくルビーと呼ばれます.
ピンク色のコランダムは、地域に応じてルビーまたはサファイアに分類される場合があります。. 一般的に, 天然サファイアはカット、研磨されて宝石になり、ジュエリーとして着用されます。. また、工業用または装飾目的で大きな結晶ブールを使用して研究室で合成的に作成されることもあります。.
サファイアは驚くべき硬度を持っているため、 9 モーススケールで (3番目に硬い鉱物, ダイヤモンドの後 10 そしてモアッサナイトで 9.5) – サファイアは一部の非装飾用途にも使用されています, 赤外線光学部品など, 高耐久窓, 腕時計のクリスタルとムーブメントのベアリング, 非常に薄い電子ウエハー, 集積回路やGaNベースの青色LEDなどの特殊用途ソリッドステートエレクトロニクスの絶縁基板として使用されます。.
天然サファイア
サファイア コランダムの 2 つの宝石品種のうちの 1 つです, もう一つはルビーです (赤の色合いのコランダムとして定義されます). サファイアの色としては青が最もよく知られていますが、, 他の色でも発生します, グレーや黒も含めて, 無色の場合もあります. ピンクがかったオレンジ色のサファイアはパパラチャと呼ばれます.
オーストラリアで大量のサファイア鉱床が発見される, アフガニスタン, カンボジア, カメルーン, 中国 (山東省), コロンビア, エチオピア, インド (カシミール), ケニア, ラオス, マダガスカル, マラウイ, モザンビーク, ミャンマー (ビルマ), ナイジェリア, ルワンダ, スリランカ, タンザニア, タイ, アメリカ (モンタナ州) そしてベトナム. サファイアとルビーは同じ地理的条件で見つかることがよくあります, しかし、それらは一般に異なる地層を持っています. 例えば, ルビーとサファイアはどちらもミャンマーのモゴック石地帯で発見されています, しかしルビーは大理石の中で形成されます, 一方、サファイアは花崗岩ペグマタイトまたはコランダム閃長岩で形成されます。.
どのサファイア鉱山でも幅広い品質が産出されます, 原産地は品質を保証するものではありません. サファイアの場合, カシミールは最高の保険料を受け取る, ビルマだけど, スリランカ, マダガスカルも高品質の宝石を大量に産出します.
天然サファイアの価格は色によって異なります, 明瞭さ, サイズ, 切る, そして全体的な品質. 完全に未処理のサファイアは、処理されたサファイアよりもはるかに高い価値があります. 地理的起源も価格に大きな影響を与える. 1 カラット以上のほとんどの宝石の場合, GIAなどの評判の高い研究所からの独立したレポート, ロータス宝石学, またはSSEF, 多くの場合、購入者は購入する前にこれを要求します.
色
青以外の色のサファイアをサファイアと呼びます。 “はで” 若しくは “パーツカラー” サファイア。ファンシー サファイアは黄色でよく見られます。, オレンジ, 緑, 茶色, 紫と紫の色合い.
合成サファイア
の 1902, フランスの化学者オーギュスト・ベルヌイユは、合成ルビー結晶の製造方法を発表しました。. 炎の融合の中で (ベルヌイユ法), 酸水素炎にアルミナ微粉末を加えます。, そしてこれはセラミック製の台座に対して下向きに向けられています. ルビーの合成に成功した後, ヴェルヌイユはサファイアに注力しました. ブルーサファイアの合成が始まった 1909, サファイアの化学分析により、鉄とチタンが青色の原因であることがベルヌイユに示唆された. ベルヌイユは、合成ブルー サファイアの製造プロセスの特許を取得しました。 1911.
このプロセスの鍵は、アルミナ粉末が炎の中に落ちても溶けないことです。. 代わりに、台座上に焼結錐体を形成します。. その円錐の先端が炎の最も熱い部分に到達したとき, 先端が溶ける. このように、結晶成長は小さな点から始まります。, 負担を最小限に抑える.
次, より多くの酸素が炎に追加されます, わずかに熱く燃えます. これにより、成長する結晶が横方向に拡張されます. 同時に, 台座は結晶が垂直に成長するのと同じ速度で下降します。. 炎の中のアルミナはゆっくりと堆積します, 涙滴の形を作成する “ブール” サファイア素材の. このステップは、希望のサイズに達するまで続けられます。, 炎が消えてクリスタルが冷える. 伸長した結晶には、炎と周囲の空気との間の高い温度勾配により、多くのひずみが生じます。. この緊張を解放するには, 指の形になったクリスタルをノミで叩いて半分に分割します。.
結晶の垂直層状成長と湾曲した上部成長面により (それは一滴から始まる), 結晶はブールの上面に沿って曲線状の成長線を示します。. これは天然コランダム結晶とは対照的です, 一点から広がり、平面結晶面に沿って伸びる角張った成長線が特徴です。.
の原材料は、 サファイア 基板は水晶棒です, クリスタルロッドはサファイアクリスタルから加工されています. 関連する製造プロセスは次のとおりです; 結晶ロッドの育成はサファイア基板の製造プロセスで最も重要です.
アプリケーション
1.窓
合成 サファイアサファイアガラスとも呼ばれるガラスは、窓の材料として一般的に使用されています。, 両方の光の波長に対して透明性が高いため、 150 nm (紫外線) そして 5500 nm (と) (可視スペクトルは約に広がります 380 nmから 750 nm), 非常に傷つきにくい.
主な利点 サファイア 窓は:
1.紫外から近赤外までの非常に広い光透過帯域, (0.15–5.5μm)
2.他の光学材料や標準的なガラス窓よりも大幅に強度が高い
3.傷や摩耗に対する高い耐性 (9 鉱物硬度スケールのモース硬度, モアサナイト、ダイヤモンドに次いで3番目に硬い天然物質)
4.非常に高い融解温度 (2030 °C)
独身 クリスタルサファイア キロプロス法で栽培されたブール. 約 200 ミリメートル (8 で) 直径で, およその重さを量る 30 kg (66 ポンド).
一部のサファイアガラス窓は、特定の結晶方位で成長した純粋なサファイアブールから作られています。, 通常は光軸に沿って, c軸, 用途に合わせて複屈折を最小限に抑える.
ブールは希望の窓の厚さにスライスされ、最後に希望の表面仕上げになるまで研磨されます。. サファイア光学窓は、その結晶構造と硬度により、幅広い表面仕上げに研磨できます。. 光学窓の表面仕上げは、通常、世界的に採用されている MIL-O-13830 仕様に準拠したスクラッチディグ仕様と呼ばれます。.
ザ・ サファイア 窓は分光分析のために高圧チャンバーと真空チャンバーの両方で使用されます。, さまざまな時計のクリスタル, 素材の並外れた硬度と靭性により傷がつきにくいため、食料品店のバーコードスキャナーや窓に使用されます。.
の 2014 リンゴを消費した “世界のサファイア供給量の 4 分の 1 が、iPhone のカメラレンズと指紋認証装置をカバーしています。”
スマートフォン用のサファイアスクリーンを実用化するためにいくつかの試みが行われてきた. AppleがGT Advanced Technologiesと契約, 株式会社. iPhone用のサファイアスクリーンを製造する, この事業は失敗し、GTAT は破産した. Kyocera Brigadier は、サファイア画面を備えた最初の量産スマートフォンでした.
広帯域の透明性と熱伝導率により、加熱による劣化を生じることなく赤外線または UV スペクトルの非常に高い出力密度を処理できるため、一部の高出力レーザー管のエンド ウィンドウに使用されます。.
ジルコニアや酸窒化アルミニウムとともに, 合成サファイアは、装甲車両やさまざまな軍用防弾チョッキの飛散防止窓に使用されています。, 複合材料に関連して.
キセノンアークランプの一種 - 元々は “サーマックス” そして今では一般的にとして知られています “セラミックボディのキセノンランプ” – サファイアクリスタル出力ウィンドウを使用. この製品は、純粋なシリカウィンドウを備えた従来の Xe ランプと比較して、より高い熱負荷に耐えることができるため、より高い出力電力が得られます。
2. 基材として 半導体 回路
薄いサファイア ウェーハは、シリコン オン サファイアまたはシリコン オン サファイアとして知られる集積回路を製造するためにシリコンを堆積する絶縁基板の使用に初めて成功したものでした。 “SOS”; 現在では、他の基板も、より一般的にシリコン・オン・インシュレータとして知られるクラスの回路に使用できるようになりました。. 優れた電気絶縁性に加えて、, サファイアは熱伝導率が高い. サファイア上の CMOS チップは、高出力無線周波数に特に役立ちます (RF) 携帯電話に見られるようなアプリケーション, 公安バンド無線, および衛星通信システム. “SOS” また、デジタル回路とアナログ回路の両方をすべて 1 つの IC チップ上にモノリシックに統合することもできます。, 極低電力回路の構築.
一つのプロセスで, 単結晶サファイアブールが成長した後, コアドリルで円筒形ロッドに加工されます。, そしてこれらのコアからウェーハがスライスされます.
単結晶サファイアのウェーハは、窒化ガリウムをベースとしたデバイスの成長用の基板として半導体産業でも使用されています。 (GaN). サファイアの使用によりコストが大幅に削減されます, ゲルマニウムの約7分の1の価格なので、. サファイア上の窒化ガリウムは青色発光ダイオードで一般的に使用されています (LED).
3. レーザーで
最初のレーザーが作られたのは、 1960 セオドア・メイマン作、合成ルビーのロッド. チタン サファイア レーザーは、電磁スペクトルの赤色および近赤外線領域のさまざまな波長に調整できる比較的稀な能力により人気があります。. 簡単にモードロックすることもできます. これらのレーザーでは、クロムまたはチタンの不純物を含む合成サファイア結晶が特殊なランプからの強い光で照射されます。, または別のレーザー, 誘導放出を起こす.
4. 内部人工器官の場合
単結晶サファイアはかなり生体適合性があり、サファイアと金属のペアの摩耗が非常に少ないため、 (ウクライナで) 人工股関節用サファイア単結晶の開発
