Що сапфір
сапфір є дорогоцінним дорогоцінний камінь, різновид мінералу корунд, що складається з оксиду алюмінію (α-Al2O3) з мікроелементами, такими як залізо, титан, хром, ванадій, або магній. Назва сапфір походить від лат “сапфір” і грецька “сапфіри”, обидва з яких означають синій.
Зазвичай він блакитний, але природно “уява” сапфіри також зустрічаються жовтого кольору, фіолетовий, помаранчевий, і зелені кольори; “частина сапфірів” показати два або більше кольорів. Також зустрічаються червоні корундові камені, але називаються рубінами, а не сапфірами.
Рожевий корунд може класифікуватися як рубін або сапфір залежно від місцевості. Загальноприйнятий, природні сапфіри ограновують і полірують у дорогоцінні камені та використовують у ювелірних виробах. Вони також можуть бути створені синтетичним шляхом у лабораторіях для промислових або декоративних цілей у великих кристалічних бульках.
Через надзвичайну твердість сапфірів – 9 за шкалою Мооса (третій за твердістю мінерал, після ромба при 10 і муассаніт при 9.5) – сапфіри також використовуються в деяких недекоративних цілях, такі як інфрачервоні оптичні компоненти, високоміцні вікна, кристали для наручних годинників і підшипники руху, і дуже тонкі електронні пластини, які використовуються як ізоляційні підкладки спеціальної твердотільної електроніки, такої як інтегральні схеми та сині світлодіоди на основі GaN.
Натуральні сапфіри
сапфір є одним з двох різновидів дорогоцінних каменів корунду, інший - рубін (визначається як корунд червоного відтінку). Хоча найвідомішим кольором сапфірів є синій, вони зустрічаються в інших кольорах, в тому числі сірий і чорний, а також може бути безбарвним. Рожево-помаранчевий різновид сапфіра називається падпарадша.
Значні родовища сапфіру знаходяться в Австралії, Афганістан, Камбоджа, Камерун, Китай (Шаньдун), Колумбія, Ефіопія, Індія (Кашмір), Кенія, Лаос, Мадагаскар, Малаві, Мозамбік, М'янма (Бірма), Нігерія, Руанда, Шрі Ланка, Танзанія, Таїланд, Сполучені Штати (Монтана) і В'єтнам. Сапфір і рубіни часто зустрічаються в одних і тих самих географічних умовах, але вони, як правило, мають різні геологічні утворення. Наприклад, і рубін, і сапфір знайдені в Могок Стоун Тракт М’янми, але рубіни утворюються в мармурі, тоді як сапфір утворюється в гранітних пегматитах або корундових сієнітах.
Кожен сапфіровий рудник виробляє широкий діапазон якості, і походження не є гарантією якості. Для сапфіра, Кашмір отримує найвищу премію, хоча Бірма, Шрі Ланка, і Мадагаскар також виробляють велику кількість високоякісних дорогоцінних каменів.
Вартість натуральних сапфірів коливається в залежності від їх кольору, ясність, розмір, вирізати, і загальна якість. Повністю необроблені сапфіри коштують набагато дорожче, ніж оброблені. Географічне походження також має великий вплив на ціну. Для більшості дорогоцінних каменів один карат і більше, незалежний звіт від авторитетної лабораторії, такої як GIA, Гемологія лотоса, або SSEF, часто вимагається покупцями, перш ніж вони зроблять покупку.
Кольори
Сапфіри інших кольорів, крім синього, називаються “уява” або “різнокольорові” сапфіри. Незвичайні сапфіри часто зустрічаються жовтого кольору, помаранчевий, зелений, коричневий, бузкові і фіолетові відтінки.
Синтетичний сапфір
в 1902, французький хімік Огюст Верней оголосив про процес отримання синтетичних кристалів рубіна. У полум'яному синтезі (Вернейський процес), дрібний порошок оксиду алюмінію додається до полум’я кисловодню, і це спрямовано вниз проти керамічного постаменту. Слідом за успішним синтезом рубіна, Верней зосередив свої зусилля на сапфірі. З'явився синтез блакитного сапфіра 1909, Після хімічного аналізу сапфіру Верней припустив, що залізо і титан є причиною синього кольору. Верней запатентував процес виробництва синтетичного синього сапфіра 1911.
Ключ до процесу полягає в тому, що порошок глинозему не плавиться, коли він падає крізь полум’я. Натомість він утворює агломераційний конус на постаменті. Коли кінчик цього конуса досягне найгарячішої частини полум’я, кінчик плавиться. Таким чином, ріст кристала починається з крихітної точки, забезпечення мінімального навантаження.
наступного, до полум'я додається більше кисню, змушуючи його горіти трохи сильніше. Це розширює зростаючий кристал убік. В той самий час, постамент опускається з тією ж швидкістю, що й кристал росте вертикально. Оксид алюмінію в полум'ї повільно осідає, створення краплеподібної форми “буля” з сапфірового матеріалу. Цей крок продовжується до досягнення потрібного розміру, полум'я вимикається і кристал охолоджується. Тепер витягнутий кристал містить велику деформацію через високий температурний градієнт між полум’ям і навколишнім повітрям. Вивільнити цей штам, кристал, який тепер має форму пальця, постукають долотом, щоб розділити його на дві половини.
Завдяки вертикальному шаруватому росту кристала та вигнутій верхній поверхні росту (який починається з краплі), кристали відображатимуть вигнуті лінії росту, що слідують за верхньою поверхнею булі. Це на відміну від природних кристалів корунду, які мають кутові лінії росту, що розширюються з однієї точки та слідують за плоскими кристалічними гранями.
Сировина в сапфір підкладкою є кристалічний стрижень, а кришталевий стрижень оброблений із сапфірового скла. Відповідний виробничий процес виглядає наступним чином; вирощування кристалічного стрижня є найбільш критичним у процесі виробництва сапфірової підкладки.
додатків
1.вікно
Синтетичний сапфір— іноді його називають сапфіровим склом — зазвичай використовується як матеріал для вікон, тому що він дуже прозорий для довжин хвиль світла між ними 150 нм (УФ) і 5500 нм (І) (видимий спектр простягається приблизно 380 нм до 750 нм), і надзвичайно стійкий до подряпин.
Основні переваги сапфір вікна є:
1.Дуже широкий діапазон оптичного пропускання від ультрафіолетового до ближнього інфрачервоного, (0.15–5,5 мкм)
2.Значно міцніший за інші оптичні матеріали або стандартні скляні вікна
3.Висока стійкість до подряпин і стирання (9 за шкалою Мооса мінеральної шкали твердості, 3-я найтвердіша природна речовина після муасаніту та алмазів)
4.Надзвичайно висока температура плавлення (2030 °C)
неодружений кришталевий сапфір Буль, вирощений методом Кіропулоса. Приблизно 200 міліметрів (8 в) в діаметрі, вагою приблизно 30 кг (66 фунт).
Деякі вікна із сапфірового скла виготовляються з чистих сапфірових буль, вирощених у певній орієнтації кристалів., зазвичай вздовж оптичної осі, вісь с, для мінімального подвійного променезаломлення для застосування.
Були нарізають на шматки потрібної товщини вікна та остаточно полірують до бажаної якості поверхні. Завдяки своїй кристалічній структурі та твердості сапфірові оптичні вікна можна полірувати до широкого спектру поверхонь.. Поверхнева обробка оптичних вікон зазвичай визначається специфікаціями «подряпини-копання» відповідно до глобально прийнятої специфікації MIL-O-13830.
The сапфір вікна використовуються як у камерах високого тиску, так і в камерах вакууму для спектроскопії, кристали в різних годинниках, і вікна в продуктових магазинах, сканери штрих-кодів, оскільки виняткова твердість і міцність матеріалу робить його дуже стійким до подряпин.
в 2014 Яблуко спожито “одна чверть світових поставок сапфіру для покриття об’єктива камери iPhone і пристрою зчитування відбитків пальців.”
Було зроблено кілька спроб зробити сапфірові екрани для смартфонів життєздатними. Apple уклала контракт з GT Advanced Technologies, Inc. для виробництва сапфірових екранів для iPhone, підприємство провалилося, що призвело до банкрутства GTAT. Kyocera Brigadier став першим серійним смартфоном із сапфіровим екраном.
Він використовується для кінцевих вікон на деяких високопотужних лазерних трубках, оскільки його широкосмугова прозорість і теплопровідність дозволяють йому працювати з дуже високою густиною потужності в інфрачервоному або ультрафіолетовому спектрі без погіршення через нагрівання.
Поряд з діоксидом цирконію і оксинітридом алюмінію, синтетичний сапфір використовується для стійких до осколків вікон у бронетехніці та різних військових бронежилетах, у поєднанні з композитами.
Один тип ксенонових дугових ламп – спочатку називався “Cermax” і тепер відомий під загальною назвою “керамічний корпус ксенонова лампа” – використовує вихідні вікна з сапфірового скла. Цей продукт витримує вищі теплові навантаження і, отже, більшу вихідну потужність порівняно зі звичайними лампами Xe із вікном із чистого кремнезему
2. Як субстрат для напівпровідникові схеми
Тонкі сапфірові пластини були першим успішним використанням ізоляційної підкладки, на яку наносився кремній для виготовлення інтегральних схем, відомих як кремній на сапфірі або “SOS”; тепер інші підкладки також можна використовувати для класу схем, відомих більш загально як кремній на ізоляторі. Крім чудових електроізоляційних властивостей, сапфір має високу теплопровідність. КМОП-чіпи на сапфірі особливо корисні для високопотужних радіочастот (РФ) такі програми, як ті, які є в стільникових телефонах, радіостанції громадської безпеки, і системи супутникового зв'язку. “SOS” також дозволяє монолітну інтеграцію як цифрових, так і аналогових схем на одній мікросхемі, і будівництво ланцюгів надзвичайно низької потужності.
В одному процесі, після вирощування монокристалів сапфірових булів, вони висвердлені в циліндричні стрижні, і вафлі потім нарізають з цих ядер.
Пластини монокристалічного сапфіру також використовуються в напівпровідниковій промисловості як підкладки для вирощування приладів на основі нітриду галію (GaN). Використання сапфіра значно здешевлює, оскільки він має приблизно одну сьому вартості германію. Нітрид галію на сапфірі зазвичай використовується в синіх світлодіодах (світлодіоди).
3. У лазерах
Перший лазер був виготовлений в 1960 Теодора Маймана зі стрижнем із синтетичного рубіна. Титано-сапфірові лазери популярні через їх відносно рідкісну здатність налаштовуватися на різні довжини хвиль у червоній та ближній інфрачервоній області електромагнітного спектру.. Їх також можна легко заблокувати в режимі. У цих лазерах синтетично виготовлене сапфірове скло з домішками хрому або титану опромінюється інтенсивним світлом спеціальної лампи., або інший лазер, для створення вимушеного випромінювання.
4. В ендопротезах
Монокристалічний сапфір досить біосумісний, і винятково низький знос пар сапфір-метал призвів до впровадження (в Україні) монокристалів сапфіру для ендопротезів кульшового суглоба
