Перейти к публикации
Сапфирщик

лейкосапфир (синтетический сапфир)

Рекомендованные сообщения

Материалы для работы – лейкосапфир (синтетический сапфир).

Позвольте представить один из самых удивительных материалов, созданных человеком – лейкосапфир.

Химическая формула Al2O3, монокристалл

Физические свойства:

Плотность 4 г/см3

Твердость по Моосу 9 (уступает только алмазу)

Коэф трения сапфир-сталь 0,2-0,3

Прочность на растяжение 275-400МПа

Прочность на изгиб 500-900МПа

Прочность на сжатие 2 ГПа

Коэф Пуассона 0,27-0,3

Тплавления = 2050 С

Ткипения = 2980 С

КТР 5-7*10-6 К-1

Коэф теплопроводности 30-45 вт/(м*К)

Удельная теплоемкость 0,185 кал/(г*К)

Удельное сопротивление 5*1018 Ом*см (один из лучших диэлектриков)

Высокая химическая стойкость – практически не растворим в щелочах и кислотах даже при высоких температурах

Оптически прозрачен в широком диапазоне длин волн, по внешнему виду практически не отличим от обычного стекла.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Применение лейкосапфира.

Благодаря уникальному сочетанию свойств (высокая твердость, прочность, температура плавления, химическая и радиационная стойкость, оптическая прозрачность) сапфир востребован практически во всех областях науки и техники.

Сформировались две основные области применения лейкосапфира: конструкционный и оптический материал.

Исторически синтетические сапфиры используются ювелирами, путем различных операций, придающих различные оттенки камням. Затем стали использовать сапфиры в качестве часовых камней (а сейчас и приборных камней), благодаря яро-красной окраске наиболее распространено использование одной из разновидностей сапфира – рубина. С развитием техники научились получать кристаллы диаметром до 40 мм и началось активное изготовление практически не царапаемых сапфировых часовых стекол. Для многих будет приятной новостью то, что большинство сапфировых кристаллов для швейцарских часовых компаний выращивается в России. В настоящее время в элитных мобильных телефонах стоят сапфировые экраны

Благодаря износостойкости лейкосапфир используется в качестве фильер для протяжки проволоки, наконечников измерительных щупов, сопел для пескоструйки и гидроабразивной резки, нитеводителей на ткацких фабриках (Россия снабжает более половины мирового рынка), пропускные кольца дорогих спиннингов выполнены из полированного сапфира. Направляющие некоторых современных станков также делают из лейкосапфира. Известны сапфировые подшипники трения и качения.

Высокие диэлектрические свойства в сочетании с радиационной стойкостью обуславливают применение сапфировых изоляторов в т.ч. и на атомных станциях.

Режущий инструмент: скальпели для хирургии, резцы для чистового и тонкого точения алюминиевых и медных сплавов (на практике не встречал), ножи для резки бумаги в промышленных плоттерах.

Химическая стойкость позволяет использовать сапфировые тигли, мензурки, капилляры, матрицы и пуансоны в особочистых производствах. Насосы для хроматографов и разлива лекарств снабжены сапфировыми плунжерами.

В медицине лейкосапфир благодаря химической стойкости, низкому коэф трения, высокой твердости и прочности, а также хорошему сродству к костной ткани используется в качестве имплантов и искусственных суставов, микроскальпелей.

Оптика. Из-за высокой износостойкости (твердость уступает только алмазу) применяется в часовых стеклах и экранах мобильных телефонов (сервисмены говорят, что некоторые дамочки все-таки царапают экраны брюликами). Благодаря высокой оптической прозрачности в сочетании с прочностью и температурой плавления в 2050 С сапфир начал широко применяться в качестве защитных стекол в печах, криостатах, батискафах, космических аппаратах, противопожарных датчиках, устройствах для считывания штрихкодов, световодов, лазерных элементов и т.д.

Микроэлектроника. Сапфировые подложки используются для эпитаксии полупроводниковых пленок и изготовления интегральных схем, изготовления датчиков давления, влажности, массы, различных детекторов, активно развивается производство лазерных диодов, светодиодов.

Сувенирная продукция. Рюмки, пепельницы, шары, шахматы, медальоны, ножи. Видел сделанную на заказ сапфировую саблю длиной около 60 см.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Подтверждаю сапфировое стекло на часах не царапается в отличие от минерального. Но при сварке полуавтоматом портиться любое снимать надо.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Методы получения лейкосапфира.

К наиболее распространенным промышленным методам выращивания лейкосапфира относятся:

Метод Вернейля. Типичные кристаллы имеют диаметр 25 и длину 100 мм.

Метод Чохральского. Получают кристаллы диаметром до 150, длиной до 400 мм

Метод Киропулоса. В настоящее время этим способом в промышленных масштабах выращивают кристаллы диаметром 350, высотой 500 и весом до 100 кг. Процесс роста 1 кристалла длится до месяца. Основное достоинство метода – получение особо чистых монокристаллов, используемых в микроэлектронике.

Метод Степанова. Заключается в вытягивании из расплава профилированных изделий. Позволяет получать кристаллы любого сечения: стержни, ленты, трубы длиной до 1 метра. Основной способ для промышленного получения заготовок для часовых стекол, оптических элементов, конструкционных материалов.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

А ещё из сапфира ножи делают... Первый мне попался лет 5-6- назад, а сейчас смотрю - довольно распространённое дело стало.

 

51e4a04ac99aa723656a025eb6cb5ce1.jpg

 

4bfd46e19f7577d1ef050365173cc401.jpg

 

4a0fad93043a041343135a0e39c4f776.jpg

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Половник дегтя.

Не смотря на уникальное сочетание физико-химических свойств, широкое применение лейкосапфира ограничено. Прежде всего, это очень дорогой материал. Процессы роста занимают от нескольких часов до нескольких недель. Все это время необходимо поддерживать температуру более 2000 С, что выливается в колоссальные затраты электроэнергии. Дорогое аппаратурное оформление.

Физическими недостатками является хрупкость изделий (обратная сторона твердости), использование большого количества дорогостоящего алмазного инструмента для обработки. Еще одна важная особенность – сапфир является анизотропным монокристаллом, и его свойства в различных направлениях сильно отличаются. Это хорошо чувствуют руками обработчики – некоторые направления в кристалле обрабатываются только определенными марками и зернистостями алмазов.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Перспективы развития.

По данным зарубежной печати, производство лейкосапфиров в мире растет по экспоненте, и ближайшие 10 лет увеличится в 10 раз. В России помимо нескольких предприятий в стадии подготовки производства находятся 2 завода. Такое увеличение спроса связано в первую очередь с растущими потребностями микроэлектронной промышленности.

Чипмейкерам лейкосапфир может быть интересен в качестве защитных стекол (знакомые периодически просят заменить на сапфировые лопнувшие стекла от галогеновых ламп), износостойких направляющих в самодельных супер-пупер станочках, для одного из участников этого форума были изготовлены сапфировые опоры (плоская подложка и шарик), сувенирки, ножи, бруски и мусаты для заточки ножей…. Для себя сделал набор плоских сапфировых концевых мер, цилиндрических калибров диаметром от 1 до 5 мм с шагом 0,02. Фотки позже выложу.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Из опыта использования- подшипники скольжения из лейкосапфира- прекрасная основа линейных направляющих для сверхточных шлифовальных и сверлильных микростанков. Использовались готовые подложки для микроэлектроники- толщина 300 мкм, диметр 2 дюйма, одна сторона полированная, вторая- матовая. Полоски, вырезанные из сапфира клеились матовой стороной на станину станка и прижимались линейкой до схватывания эпоскидки.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Цены на ростовые заготовки обычно от 500 $ за кг. (надо учесть, что примерно половина материала затем уйдет в отход) Цены на шлифованные заготовки в крупносерийном производстве начинаются от 1000 $/кг, в ряде случаев при изготовлении уникальных вещей цена за грамм превышает цену золота.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Коэф трения сапфир-сталь 0,2-0,3

Сухое, мокрое, полусухое?

Сапфирщик, самое главное забыли:

1) где взять

2) цена

это я спросил ранее, более стебно, но скрыли :(

материал нужный, а хде взять?

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Сухое, мокрое, полусухое?

Коэф трения при различных давлениях на опору

Р,Н Сапфир-сталь

5 0,33/0,13

10 0,31/0,15

20 0,25/0,15

30 0,22/0,14

Первое значение-коэф сухого трения, за чертой при смазке часовым маслом

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

А ещё из сапфира ножи делают...

Сергей, а может из сапфира кристалл Сваровски огранить и на крюк? Вот и эксклюзив (это я про лыжи). :)

Изменено пользователем vks

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Сапфир еще применяется в качестве прозрачной брони. Композиция слоеного лейкосапфира в пять раз меньше по размеру чем подобной прочности бронестекла.

Да, и про осветительные приборы забыли. Цилиндрический сердечник натриевой лампы систем уличного освещения выполнен из лейкосапфира, так что есть где им разжится.

Изменено пользователем Адепт

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Метод Киропулоса

Мы тоже так делаем.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Да, и про осветительные приборы забыли. Цилиндрический сердечник натриевой лампы систем уличного освещения выполнен из лейкосапфира, так что есть где им разжится.

Вроде раньше их всегда из кварца делали.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Это ртутные лампы имеют колбу из кварцевого стекла, а натриевые - лейкосапфир в виде трубки диаметром около 8 мм и стенкой в милиметр, длиной около 100 мм.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

А если в процесс добавить соли хрома то рубин вместо сапфира получится?

Изменено пользователем Alex_IZA

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

К концу Великой Отечественной войны орден "Славы" изза недостатка рубинов естественного происхождения под страшным секретом начали изготавливать из искусственных сородичей, так что получалось, хотя по стоимости технологии цена искусственного рубина была на уровне минерального...

Изменено пользователем Адепт

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Пробовал сапфиром камни править - фигня. Стирается быстро, видно из-за хрупкости...

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

К концу Великой Отечественной войны орден "Славы" изза недостатка рубинов естественного происхождения под страшным секретом начали изготавливать из искусственных сородичей, так что получалось, хотя по стоимости технологии цена искусственного рубина была на уровне минерального...

Не из-за этого, вроде на мондворе писали, что невозможно подобрать камни одинакового цвета.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Сапфирщик

какой максимальный вес кристалла растите?

Изменено пользователем abrazive

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Пробовал сапфиром камни править - фигня. Стирается быстро, видно из-за хрупкости...

Сапфир против алмаза, разница в твёрдости на истирание в 190 раз, если память не изменяет.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Применение лейкосапфира.

А вы можете сравнить характеристики лейкосапфира и поликристаллического корунда (поликора)?

Естественно, кроме оптических характеристик.

У меня есть смутные подозрения, что для других, не оптических применений поликор (и даже ситалл) использовать выгоднее, особенно учитывая его относительно низкую стоимость.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Создайте аккаунт или войдите в него для комментирования

Вы должны быть пользователем, чтобы оставить комментарий

Создать аккаунт

Зарегистрируйтесь для получения аккаунта. Это просто!

Зарегистрировать аккаунт

Войти

Уже зарегистрированы? Войдите здесь.

Войти сейчас

  • Сейчас на странице   0 пользователей

    Нет пользователей, просматривающих эту страницу.

×