Kas yra Czochralskio procesas?

Czochralski procesas yra pavienių kristalų, kietų medžiagos gabalėlių su vienoda kristalų matrica, gamybos būdas. Tokie kristalai plačiai naudojami gaminant elektroninius komponentus, taip pat atliekant mokslinius tyrimus ir daugelyje kitų sričių, kur reikia aukštos kokybės kristalo su vienoda matrica. Pavyzdžiui, juvelyrai gali panaudoti Czochralskio procesą kurdami aukštos kokybės brangakmenius savo projektams, kaip ir mokslinių tyrimų įrenginiai, kuriems reikia tokių medžiagų kaip deimantas, naudojant šią techniką, gali juos auginti laboratorijoje.

Šis procesas pavadintas lenkų tyrinėtojo, kuris jį atrado XX amžiaus pradžioje, vardu. Jis prasideda nuo kristalų komponentų lydymosi tiglyje, galinčiame toleruoti itin aukštą temperatūrą. Tiglis paprastai yra uždaroje krosnyje su labai tiksliu temperatūros valdymu. Aukšta kontrolė yra labai svarbi, nes procesas nepavyks, jei mišinys bus per karštas arba per šaltas, o labai tikslūs jutikliai gali būti išdėstyti keliose vietose, kad būtų galima stebėti temperatūros pokyčius.

Kai mišinys kaitinamas su bet kokiais priedais ir kitais priedais, kurių gali prireikti, technikas gali atsargiai nuleisti strypą su sėklų kristalu. Paprastai tai daroma naudojant mechaninę įrangą, o ne rankomis. Tada lazdelė atsargiai ir labai lėtai ištraukiama, nes mišinys sudaro kietą matricą aplink sėklų kristalą. Galutinis Czochralskio proceso rezultatas turėtų būti vientisas medžiagos rąstas, kurio likučiai tiglio apačioje.

Nustatymuose, kur temperatūra pakyla per aukštai, sėklų kristalas gali ištirpti. Kristalą įvedus žemoje temperatūroje, gali per anksti kristalizuotis visas tiglio turinys su įtrūkimais, lūžių linijomis ir kitomis priemaišomis. Šis procesas yra lėtas; sėklinio kristalo ištraukimas matuojamas milimetrais per valandą. Kruopšti Czochralski proceso kontrolė gali gauti labai aukštos kokybės kristalus su minimaliu priemaišų kiekiu.

Gamybos sąnaudos gali priklausyti nuo reikalingų žaliavų ir kristalo dydžio. Didesnius kristalus sunkiau auginti, todėl jiems reikia didesnės kontrolės. Kai kurie neapdoroti komponentai yra labai brangūs. Czochralski proceso kristalai yra chemiškai identiški natūraliems dariniams, tačiau turi daug aukštesnę kokybę ir patikimumą. Paprastai tai pageidautina tokiose vietose kaip laboratorijos ir elektronikos gamintojai, tačiau juvelyrai kartais susiduria su sunkumais parduodant laboratorijoje išaugintus akmenis, nes vartotojai renkasi natūralius akmenis.