Peran vakum dalam produksi berlian sintetis 11 Juli 2022
4 MIN READ
Sebutkan berlian dan kebanyakan orang akan mengasosiasikannya dengan sektor perhiasan. Mereka juga harus ingat bahwa permata semacam itu ditemukan di tambang dan terkadang diperoleh dalam kondisi sulit ("berlian darah"). Untuk alasan tersebut, industri telah menyelidiki cara memproduksi berlian sintetis pada tahun 1950-an.
Saat ini, ada beberapa proses yang tersedia untuk menciptakan berlian buatan. Tidak hanya untuk perhiasan di mana bahkan para ahli ditantang untuk membedakan berlian alami dari berlian buatan, tetapi juga untuk pasar berlian yang jauh lebih besar di sektor industri.
Empat sifat berlian sintetis yang luar biasa
Sifat utama berlian sintetis yang membuatnya sangat menarik bagi sektor industri adalah:
- Mekanis (kekerasan unggul dan inertitas kimia)
- Optik (transparansi tinggi)
- Listrik (sifat semikonduktor)
- Termal (konduktivitas termal tertinggi)
Beberapa contoh aplikasi industri umum adalah alat pemesinan dan pemotongan, bahan jendela untuk memancarkan radiasi inframerah dan gelombang mikro, serta heat sink untuk laser dan transistor. Berlian sintetis juga merupakan bahan dasar untuk wafer semikonduktor dan Qubit untuk komputasi kuantum.
Bagaimana berlian diperoleh?
Secara tradisional, berlian terbentuk secara alami miliaran tahun lalu di kerak bumi karena atom karbon terkena panas dan tekanan yang intens. Namun, karena kemajuan teknis, sumber baru berlian budidaya sintetis diciptakan. Pasar ini dapat dibagi menjadi 2 metode produksi utama:
- HPHT (High-Pressure High Temperature)- Metode ini didasarkan pada cara berlian terbentuk secara alami - menekan karbon dan menambahkan panas. Dimensi peralatan sering kali memiliki kontrol proses yang besar dan terbatas.
- CVD (Chemical Vapor Deposition)- Metode ini didasarkan pada penciptaan lingkungan vakum dan kemudian pengenalan gas tertentu untuk memicu reaksi. Dimensi peralatan sering kali memiliki kontrol proses yang kecil dan sangat baik.
Proses pertumbuhan MPCVD (Microwave Plasma CVD)
Karena dimensinya yang kecil dan kontrol proses yang sangat baik, proses pertumbuhan MPCVD telah menjadi semakin populer. Salah satu bagian penting dari proses MPCVD adalah penciptaan dan pemeliharaan kondisi vakum yang optimal di dalam ruang pertumbuhan. Pengaturan ruang pertumbuhan umum terlihat seperti di bawah ini:
Proses pembuatan berlian sintetis. Sumber: NNE, 2019
Langkah-langkah proses umumnya adalah sebagai berikut:
- Tata letak biji/substrat berlian
- Tutup ruang dan kosongkan ruang untuk pengondisian, panaskan substrat
- Memperkenalkan hidrogen
- Nyalakan microwave dan hasilkan plasma (~4000 °C) di atas substrat
- Memperkenalkan gas proses dan memulai pertumbuhan epitaksial
- Metana - sumber karbon
- Etanol, Aseton, atau Oksigen (opsional) - membantu meningkatkan kualitas melalui efek etsa plasma oksigen
- Nitrogen (opsional) - membantu mempercepat proses (dipelajari dari pengalaman dan memungkinkan pertumbuhan MPCVD secara ekonomis)
- Periode pertumbuhan 1 hingga 4 minggu
Apa persyaratan pompa vakum untuk periode pertumbuhan?
- Pompa awal turun ke tekanan dasar sekitar 2E-2 mbar
- Menjaga tekanan (100-300 mbar, biasanya dalam kisaran 100-130 mbar) saat gas proses mengalir
- Pembersihan bertekanan rendah warna berlian setelah produksi
Saat ini, pompa rotary vane berlapis oli atau 2 tahap biasanya digunakan dalam proses MPCVD. Ini karena pompa ini sangat cocok untuk mencapai tekanan pengondisian rendah, tetapi juga karena pompa ini terutama dirancang untuk pengoperasian berkelanjutan pada vakum halus. Selain itu, pompa ini menghadapi pelumasan yang buruk, panas berlebih, atau kehilangan oli yang tinggi saat beroperasi selama berhari-hari dalam fase tekanan kasar yang diperlukan oleh proses ini.
Keunggulan pompa 2 tahap yang dikembangkan oleh Leybold
Pelumasan oli pada pompa TRIVAC diamankan dengan pompa oli terintegrasi, yang juga memungkinkan distribusi oli yang seragam pada pengoperasian tekanan kasar, sedangkan pompa standar tanpa pompa oli tersebut bisa gagal.
Pompa rotary vane 2 tahap NEO D dirancang untuk beroperasi pada tekanan kasar dan memberikan solusi sempurna untuk beragam kebutuhan tekanan proses pertumbuhan ini:
- Desainnya didasarkan pada jajaran pompa industri SOGEVAC kami yang terkenal dan menawarkan kekuatan yang terbukti untuk aplikasi industri
- Tekanan tertinggi yang rendah dapat dengan mudah memenuhi permintaan pemompaan awal, tetapi desain pompa juga memungkinkan pengoperasian berkelanjutan pada tekanan pengoperasian apa pun (bahkan kasar)
- Filter gas buang efisiensi tinggi terintegrasi yang dapat mengurangi kebocoran oli hingga minimum teknis. Oli tetap berada di dalam pompa!
- Desain ringkas. Tidak perlu pemisah kabut oli pembuangan eksternal dengan pengembalian oli
Untuk pelanggan yang ingin mencapai tekanan pengondisian dalam kisaran vakum tinggi <10-3 mbar, Leybold juga dapat menawarkan berbagai macam pompa turbo seperti seri TURBOVAC. Selain itu, kami menawarkan pengukur dan perangkat keras yang diperlukan.
Leybold: Mitra one-stop-shop Anda
Dengan pengalaman selama 175+ tahun dan rangkaian produk yang luas, Leybold adalah mitra hebat untuk pertumbuhan berlian CVD Anda. Mulai dari pompa kasar hingga pompa turbo atau aksesori, kami memiliki berbagai macam produk. Kami juga memiliki tim aplikasi khusus yang siap menghitung konfigurasi pompa yang ideal.
Dengan organisasi dukungan global, kami dapat mendukung operasi manufaktur Anda di mana pun lokasinya.
