Smält kvarts

Vid produktion av Si och FeSi är den huvudsakliga Si-källan SiO2 i form av kvarts. Reaktioner med SiO2 genererar SiO-gas som vidare reagerar med SiC till Si. Under uppvärmning omvandlas kvarts till andra SiO2-modifieringar med kristobalit som stabil högtemperaturfas. Omvandling till kristobalit är en långsam process. Dess hastighet har undersökts för flera industriella kvartskällor och har visat sig variera avsevärt mellan de olika kvartstyperna. Andra skillnader i beteende under uppvärmning mellan dessa kvartskällor, såsom mjukningstemperatur och volymutvidgning, har också studerats. Kvarts-kristobalit-förhållandet kommer att påverka hastigheten för reaktioner som involverar SiO2. De industriella konsekvenserna och andra implikationer av den observerade skillnaden mellan kvartstyper diskuteras. I det aktuella arbetet har en ny experimentell metod utvecklats, och en undersökning av flera nya kvartskällor har bekräftat den tidigare observerade stora variationen mellan olika källor. Repeterbarheten av data har studerats och effekten av gasatmosfären undersökts. Resultaten från det tidigare arbetet ingår som underlag för diskussionen.

Smält kvarts har utmärkta termiska och kemiska egenskaper som degelmaterial för enkristalltillväxt från smälta, och dess höga renhet och låga kostnad gör det särskilt attraktivt för tillväxt av kristaller med hög renhet. Vid tillväxt av vissa typer av kristaller behövs dock ett lager av pyrolytisk kolbeläggning mellan smältan och kvartsdegeln. I den här artikeln beskriver vi en metod för att applicera pyrolytisk kolbeläggning genom vakuumångtransport. Metoden visar sig vara effektiv för att ge en relativt jämn beläggning på ett brett spektrum av degelstorlekar och former. Den resulterande pyrolytiska kolbeläggningen karakteriseras genom optiska dämpningsmätningar. I varje beläggningsprocess visas att beläggningens tjocklek närmar sig ett terminalvärde med en exponentiell svans när pyrolysens varaktighet ökar, och den genomsnittliga tjockleken ökar grovt linjärt med förhållandet mellan volymen tillgänglig hexanånga och ytan av den pyrolytiska beläggningen. Kvartsdeglar belagda med denna process har använts för att framgångsrikt odla Nal-enkristaller upp till 5 cm i diameter, och ytkvaliteten hos Nal-kristallen visade sig förbättras när beläggningens tjocklek ökar.