Szintetikus kvarc oszcilláló kvarckristályokhoz

A természetes kvarc korai felhasználása

• A 20. század közepéig túlnyomórészt természetes kvarcot használtak - például brazíliai, madagaszkári vagy amerikai lelőhelyekről.
• A nagy tisztaságú, alacsony hibájú és speciálisan orientált kvarc iránti kereslet a rezgő kvarckristályok számára tömegesen megnőtt, különösen a második világháború alatt (radar, rádiótechnika).
• A természetes kvarc azonban gyakran mutatott zárványokat, rácshibákat vagy ikreket, ami instabil frekvenciákhoz vezetett.

A szintetikus kvarckristályok kifejlesztése

• Az 1940-es években kezdődött a kvarc szintézise úgynevezett hidrotermikus üzemekben - egy olyan folyamat, amely a természetes növekedési körülményeket utánozza.
• Az 1950-es évektől kezdve a hidrotermikus szintézist ipari méretekben is meghonosították.
• Később az eljárást optimalizálták, hogy nagy tisztaságú és hibamentes kvarcblokkokat állítsanak elő, elsősorban a félvezető- és frekvenciatechnológia számára.

Alapvető nyersanyag

• Az alapanyag nagy tisztaságú szilícium-dioxid (SiO₂) - pl. természetes kvarc, amorf szilícium-dioxid vagy kémiai folyamatokból tisztított szilícium-dioxid formájában.
• Az elektronikai alkalmazásokhoz rendkívül alacsony szennyeződések kulcsfontosságúak (ppb tartomány, különösen az Al, Na, Fe esetében).

A hidrotermikus eljárás

Az elv

• Geológiai körülmények szimulációja: magas nyomás, magas hőmérséklet, vízalapú oldat.
• Hasonló a szintetikus drágaköveknél használt autoklávos eljáráshoz.

A folyamat lépései

1. Autoklávos előkészítés:
   • Egy nyomásálló reaktort (autokláv) feltöltünk ásványi tápanyaggal (pl. porított természetes kvarc) és lúgos oldattal (általában NaOH vagy Na₂CO₃).
2. Hőmérsékleti gradiens:
   • Az alsó részen: magasabb hőmérséklet (kb. 350-400 °C) → ahol a SiO₂ feloldódik.
   • A felső részen: hűvösebb (kb. 250-300 °C) → a SiO₂ ott kristályosodik.
3. Csírázó betét:
   • Az autokláv tetejére meghatározott orientációjú kvarc csírakristályokat helyeznek, amelyeken az oldott szilícium-dioxid növekszik.
4. Kristályok növekedése:
   • Időtartam: több héttől hónapokig.
   • Eredmény: szintetikus egykristályos kvarc, nagy szerkezeti tökéletességgel.

A szintetikus kvarc előnyei:

• Nagy tisztaság (kevés ppm/ppb szennyeződés).
• Ellenőrzött kristályorientáció (pl. AT vagy BT vágás oszcilláló kvarc esetén).
• Nincsenek ikrek vagy zárványok, mint a természetes kvarc esetében.
• A fizikai tulajdonságokreprodukálhatósága.

Tisztítás

• Bizonyos esetekben a kiindulási anyagot a növesztés előtt kémiai tisztítással vagy zónaolvasztással újra megtisztítják.

Felhasználás

• Kvarcoszcillátorok / kvarckristályok: frekvenciastabil oszcillátorok az elektronika minden alkalmazásához.
• Félvezetőipar: szintetikus kvarcból készült kvarcüveg (pl. reaktorcsövekhez).

• Optika: kristályos kvarcból készült lencsék, prizmák.

A beérkező áruk beérkezése során minden kvarcrovatot 100%-ban ellenőrizünk. A tisztaságot és a megfelelő kristálytani tengelyeket optikai úton (röntgenvizsgálat) ellenőrizzük. A kvarc ingot ezután egy előre megadott számmal látjuk el, így az beépíthető a kvarcrezonátor tételek nyomon követhetőségébe. Ez azt jelenti, hogy a gyártási tételek rendelkezésre állása visszakövethető a kvarc nyerstömb bejövő ellenőrzéséig. Mindez összhangban van a legmagasabb minőségű, teljesítményű és élettartamú óragenerátorok kifinomult gyártási folyamatával.