Syntetyczny kwarc do oscylujących kryształów kwarcu

Wczesne zastosowanie naturalnego kwarcu

• Do połowy XX wieku wykorzystywano głównie kwarc naturalny - np. ze złóż w Brazylii, na Madagaskarze lub w USA.
• Zapotrzebowanie na kwarc o wysokiej czystości, niskim poziomie wad i specyficznej orientacji dla oscylujących kryształów kwarcu znacznie wzrosło, szczególnie podczas II wojny światowej (radar, technologia radiowa).
• Jednak naturalny kwarc często wykazywał wtrącenia, wady sieci lub bliźniaki, co prowadziło do niestabilnych częstotliwości.

Rozwój syntetycznych kryształów kwarcu

• W latach czterdziestych XX wieku rozpoczęto syntezę kwarcu w tak zwanych zakładach hydrotermalnych - procesie imitującym naturalne warunki wzrostu.
• Od lat 50.synteza hydrotermalna została wprowadzona na skalę przemysłową.
• Później proces ten został zoptymalizowany pod kątem produkcji bloków kwarcowycho wysokiej czystości i pozbawionych defektów, głównie na potrzeby technologii półprzewodników i częstotliwości.

Surowiec podstawowy

• Podstawowym materiałem jest dwutlenek krzemu o wysokiej czystości (SiO₂) - np. w postaci naturalnego kwarcu, amorficznej krzemionki lub oczyszczonej krzemionki z procesów chemicznych.
• Niezwykle niska zawartość zanieczyszczeń ma kluczowe znaczenie dla zastosowań elektronicznych (zakres ppb, zwłaszcza dla Al, Na, Fe).

Proces hydrotermalny

Zasada

• Symulacja warunków geologicznych: wysokie ciśnienie, wysoka temperatura, roztwór wodny.
• Podobny do procesu autoklawowego stosowanego w przypadku syntetycznych kamieni szlachetnych.

Etapy procesu

1. Przygotowanie autoklawu:
   • Odporny na ciśnienie reaktor (autoklaw) wypełniany jest mineralnym składnikiem odżywczym (np. sproszkowanym naturalnym kwarcem) i roztworem alkalicznym (zwykle NaOH lub Na₂CO₃).
2. Gradient temperatury:
   • W dolnej części: wyższa temperatura (ok. 350-400 °C) → gdzie SiO₂ rozpuszcza się.
   • W górnej części: chłodniej (ok. 250-300 °C) → tam krystalizuje się SiO₂.
3. Wkładka do kiełkowania:
   • Kryształy nasienne kwarcu o określonej orientacji są umieszczane w górnej części autoklawu, na których rośnie rozpuszczony dwutlenek krzemu.
4. Wzrost kryształów:
   • Czas trwania: od kilku tygodni do miesięcy.
   • Wynik: syntetyczny kwarc monokrystaliczny o wysokiej doskonałości strukturalnej.

Zalety syntetycznego kwarcu:

• Wysoka czystość (niewiele zanieczyszczeń ppm/ppb).
• Kontrolowana orientacja kryształu (np. cięcie AT lub BT dla kwarcu oscylacyjnego).
• Brak bliźniaków lub wtrąceń, jak w przypadku naturalnego kwarcu.
• Powtarzalność właściwości fizycznych.

Czyszczenie

• W niektórych przypadkach materiał wyjściowy jest ponownie oczyszczany przez czyszczenie chemiczne lub procesy topienia strefowego przed wzrostem.

Wykorzystanie

• Oscylatory kwarcowe / kryształy kwarcowe: Oscylatory o stabilnej częstotliwości do wszystkich zastosowań w elektronice.
• Przemysł półprzewodnikowy: Szkło kwarcowe wykonane z kwarcu syntetycznego (np. do rur reaktorów).

• Optyka: Soczewki, pryzmaty wykonane z krystalicznego kwarcu.

Sprawdzamy każdy wlewek kwarcowy w 100% podczas procesu przyjmowania towarów. Czystość i odpowiednie osie krystalograficzne są sprawdzane optycznie (proces rentgenowski). Wlewek kwarcowy otrzymuje następnie prefiksowany numer, dzięki czemu można go zintegrować z identyfikowalnością partii rezonatorów kwarcowych. Oznacza to, że dostępność naszej partii produkcyjnej można prześledzić wstecz do przychodzącej kontroli surowego bloku kwarcowego. Wszystko zgodnie z naszym zaawansowanym procesem produkcji generatorów zegarowych o najwyższej jakości, wydajności i żywotności.