Sentetik elmas üretiminde vakumun rolü 11 Temmuz 2022
4 MIN READ
Elmaslardan bahsedin ve çoğu kişi bunu mücevher sektörü ile ilişkilendirecektir. Ayrıca bu tür değerli taşların madenlerde bulunabileceğini ve bazen zorlu koşullar altında ("kanlı elmaslar") elde edilebileceğini de unutmayacaklardır. Bu nedenle endüstri, 1950'lerde sentetik elmasların nasıl üretileceğini araştırdı.
Günümüzde yapay elmas üretmek için çeşitli işlemler mevcuttur. Sadece uzmanların bile doğal elması yapay elmastan ayırt etmek zorunda kaldığı mücevherler için değil, aynı zamanda endüstriyel sektördeki çok daha büyük elmas pazarı için de.
Sentetik elmasların dört olağanüstü özelliği
Sentetik elmasları endüstriyel sektör için bu kadar ilginç kılan temel özellikler şunlardır:
- Mekanik (üstün sertlik ve kimyasal inertlik)
- Optik (yüksek şeffaflık)
- Elektrik (yarı iletken özellikleri)
- Termal (en yüksek ısı iletkenliği)
Tipik endüstriyel uygulama örnekleri arasında işleme ve kesme takımları, kızılötesi ve mikrodalga radyasyon iletimi için pencere malzemesi ve lazerler ve transistörler için ısı alıcılar yer alır. Sentetik elmaslar aynı zamanda yarı iletken levhalar ve kuantum hesaplama için Qubitler için de temel malzemedir.
Elmaslar nasıl elde edilir?
Geleneksel olarak elmaslar milyarlarca yıl önce karbon atomlarının yoğun ısı ve basınca maruz kalmasıyla doğal olarak yeryüzünün kabuğunda oluşmuştur. Ancak teknik gelişmeler nedeniyle, sentetik olarak yetiştirilen elmaslar için yeni bir kaynak oluşturuldu. Bu pazar 2 ana üretim yöntemine ayrılabilir:
- HPHT (Yüksek Basınçlı Yüksek Sıcaklık)- Bu yöntem, elmasların doğal olarak nasıl oluştuğuna dayanır - karbonu sıkıştırır ve ısı ekler. Ekipmanın kapladığı alan genellikle büyük ve sınırlı bir proses kontrolüne sahiptir.
- CVD (Kimyasal Buhar Biriktirme)- Bu yöntem, bir vakum ortamı oluşturmaya ve ardından bir reaksiyonu tetiklemek için belirli gazların verilmesine dayanır. Ekipmanın kapladığı alan genellikle küçük ve mükemmel bir proses kontrolüne sahiptir.
MPCVD (Mikrodalga Plazma CVD) büyüme süreci
Küçük ayak izi ve mükemmel proses kontrolleri nedeniyle MPCVD büyüme süreci popülerlik kazanmıştır. MPCVD sürecinin önemli bir parçası, büyüme odası içinde optimum vakum koşullarının oluşturulması ve korunmasıdır. Tipik bir büyüme odası kurulumu aşağıdaki gibidir:
Sentetik elmas üretim süreci. Kaynak: NNE, 2019
Tipik proses adımları şunlardır:
- Elmas tohumu/substrat düzeni
- Hazneyi kapatın ve hazırlık için hazneyi boşaltın, alt tabakayı ısıtın
- Hidrojenin tanıtılması
- Mikrodalgayı açın ve substrat üzerinde plazma (~4000 °C) üretin
- Proses gazlarını uygulayın ve epitaksik büyümeyi başlatın
- Metan - karbon kaynağı
- Etanol, Aseton veya Oksijen (isteğe bağlı) - oksijen plazma dağlama etkisi ile kaliteyi artırmaya yardımcı olur
- Azot (isteğe bağlı) - süreci hızlandırmaya yardımcı olur (tecrübelerden öğrenilen ve MPCVD'nin ekonomik olarak büyümesini mümkün kılan)
- 1 ila 4 haftalık büyüme dönemi
Büyüme dönemi için vakum pompası gereksinimleri nelerdir?
- Yaklaşık 2E-2 mbar taban basıncına kadar ilk pompalama
- Proses gazları aktığı sırada basıncı (100-300 mbar, tipik olarak 100-130 mbar aralığında) koruyun
- Üretimden sonra elmas renginin düşük basınçla temizlenmesi
Günümüzde, MPCVD prosesinde tipik olarak yağ sızdırmaz veya 2 kademeli döner paletli pompalar kullanılmaktadır. Bunun nedeni, bu pompaların düşük koşullandırma basıncı elde etmek için çok uygun olmasının yanı sıra temel olarak ince vakumda sürekli çalışma için tasarlanmış olmalarıdır. Ayrıca bu pompalar, bu prosesin gerektirdiği kaba basınç aşamasında günlerce çalışırken yetersiz yağlama, aşırı ısınma veya yüksek yağ kaybı ile karşılaşır.
Leybold tarafından geliştirilen 2 kademeli pompaların avantajları
TRIVAC pompalarının yağlama işlemi, kaba basınçlı çalışmada eşit yağ dağıtımı sağlayan dahili bir yağ pompası ile sağlanırken, bu tür yağ pompaları olmayan standart pompalar arızalanabilir.
NEO D 2 kademeli döner paletli pompa, kaba basınçta çalışmak üzere tasarlanmıştır ve bu büyüme prosesinin çeşitli basınç gereksinimleri için mükemmel bir çözüm sunar:
- Tasarım, ünlü SOGEVAC endüstriyel pompa serimizi temel alır ve endüstriyel uygulamalar için kanıtlanmış sağlamlık sunar
- Düşük nihai basınç, başlangıçtaki pompalama talebini kolayca karşılayabilir, ancak pompanın tasarımı her türlü (hatta kaba) çalışma basıncında sürekli çalışmaya da izin verir
- Yağ kaybını teknik olarak minimuma indirebilen entegre yüksek verimli egzoz filtresi. Yağ pompanın içinde kalır!
- Küçük boyutlar Yağ geri dönüşlü harici egzoz yağ buharı separatörüne gerek yoktur
<10-3 mbar yüksek vakum aralığında koşullandırma basıncı elde etmek isteyen müşteriler için Leybold, TURBOVAC serisi gibi geniş bir turbo pompa yelpazeside sunabilir. Bunun yanı sıra gerekli göstergeleri ve donanımları da sunuyoruz.
Leybold: Tek noktadan alışveriş ortağınız
175+ yıllık deneyimi ve geniş ürün yelpazesiyle Leybold, CVD elmas büyümeniz için harika bir ortaktır. Kaba işleme pompalarından turbo pompalara veya aksesuarlara kadar çok çeşitli ürünler sunuyoruz. Ayrıca ideal pompa konfigürasyonunu hesaplamaya hazır özel bir uygulama ekibimiz de var.
Küresel destek organizasyonumuzla, üretim operasyonlarınızı nerede olursa olsun destekleyebiliriz.
