Was ist der Czochralski-Prozess?
Das Czochralski-Verfahren ist ein Verfahren zur Herstellung von Einkristallen, festen Materialstücken mit einer einheitlichen Kristallmatrix. Solche Kristalle werden in der Konstruktion elektronischer Bauteile sowie in der wissenschaftlichen Forschung und einer Reihe anderer Anwendungen verwendet, bei denen ein qualitativ hochwertiger Kristall mit einer einheitlichen Matrix benötigt wird. Juweliere können beispielsweise das Czochralski-Verfahren zur Herstellung von Hochleistungsedelsteinen für ihre Projekte verwenden, ebenso wie Forschungseinrichtungen, die Materialien wie Diamant benötigen, diese mithilfe dieser Technik im Labor züchten können.
Dieser Prozess ist nach einem polnischen Forscher benannt, der ihn zu Beginn des 20. Jahrhunderts entdeckte. Es beginnt mit dem Schmelzen der Bestandteile der Kristalle in einem Tiegel, der extrem hohe Temperaturen verträgt. Der Tiegel wird normalerweise in einem geschlossenen Ofen mit sehr genauer Temperaturregelung positioniert. Eine hohe Kontrolle ist entscheidend, da der Prozess fehlschlägt, wenn das Gemisch zu heiß oder zu kalt ist, und sehr genaue Sensoren an mehreren Stellen angebracht werden können, um Temperaturänderungen zu überwachen.
Wenn die Mischung mit einem Dotierungsmittel und anderen erforderlichen Zusätzen erhitzt wird, kann ein Techniker einen Stab mit einem Impfkristall vorsichtig absenken. Dies geschieht in der Regel nicht von Hand, sondern unter Verwendung mechanischer Geräte. Als nächstes wird der Stab vorsichtig und sehr langsam herausgezogen, während die Mischung eine feste Matrix um den Impfkristall bildet. Das Endergebnis des Czochralski-Prozesses sollte ein festes Materialprotokoll sein, mit einigen Resten am Boden des Tiegels.
In Umgebungen, in denen die Temperatur zu hoch steigt, kann der Impfkristall schmelzen. Das Einbringen des Kristalls bei niedrigen Temperaturen kann die vorzeitige Kristallisation des gesamten Tiegelinhalts mit Rissen, Bruchlinien und anderen Verunreinigungen verursachen. Dieser Prozess ist langsam; Der Abzug des Impfkristalls wird in Millimetern pro Stunde gemessen. Die sorgfältige Kontrolle, die während des gesamten Czochralski-Prozesses erforderlich ist, kann zu sehr hochwertigen Kristallen mit einem Minimum an Verunreinigungen führen.
Die Produktionskosten können von den benötigten Rohmaterialien und der Größe des Kristalls abhängen. Größere Kristalle sind schwieriger zu züchten und erfordern ein höheres Maß an Kontrolle. Einige Rohteile sind sehr teuer. Czochralski-Prozesskristalle sind chemisch identisch mit natürlichen Formationen, haben jedoch eine viel höhere Qualität und Zuverlässigkeit. Dies ist normalerweise in Umgebungen wie Labors und Elektronikherstellern wünschenswert, aber Juweliere haben manchmal Schwierigkeiten, im Labor gewachsene Steine zu verkaufen, da die Verbraucher Natursteine bevorzugen.