Bei der Si- und FeSi-Produktion ist SiO₂ in Form von Quarz die Haupt-Si-Quelle. Reaktionen mit SiO₂ erzeugen SiO-Gas, das weiter mit SiC zu Si reagiert. Beim Erhitzen wandelt sich Quarz in andere SiO₂-Modifikationen um, wobei Cristobalit die stabile Hochtemperaturphase darstellt. Die Umwandlung zu Cristobalit ist ein langsamer Prozess. Ihre Geschwindigkeit wurde für verschiedene industrielle Quarzquellen untersucht und variiert erheblich zwischen den verschiedenen Quarztypen. Weitere Unterschiede im Verhalten beim Erhitzen, wie z. B. die Erweichungstemperatur und die Volumenausdehnung, wurden ebenfalls untersucht. Das Quarz-Cristobalit-Verhältnis beeinflusst die Geschwindigkeit der Reaktionen mit SiO₂. Die industriellen Konsequenzen und weitere Implikationen der beobachteten Unterschiede zwischen den Quarztypen werden diskutiert. In der vorliegenden Arbeit wurde eine neue experimentelle Methode entwickelt, und die Untersuchung mehrerer neuer Quarzquellen bestätigte die zuvor beobachteten großen Unterschiede zwischen verschiedenen Quellen. Die Reproduzierbarkeit der Daten wurde untersucht und der Einfluss der Gasatmosphäre analysiert. Die Ergebnisse früherer Arbeiten dienen als Grundlage für die Diskussion.
Quarzglas besitzt hervorragende thermische und chemische Eigenschaften als Tiegelmaterial für die Einkristallzüchtung aus der Schmelze. Seine hohe Reinheit und die geringen Kosten machen es besonders attraktiv für die Züchtung hochreiner Kristalle. Bei der Züchtung bestimmter Kristallarten ist jedoch eine pyrolytische Kohlenstoffbeschichtung zwischen der Schmelze und dem Quarztiegel erforderlich. In diesem Artikel beschreiben wir ein Verfahren zur Aufbringung einer pyrolytischen Kohlenstoffbeschichtung mittels Vakuumdampftransport. Das Verfahren ermöglicht eine relativ gleichmäßige Beschichtung auf Tiegeln unterschiedlicher Größen und Formen. Die resultierende pyrolytische Kohlenstoffbeschichtung wird mittels optischer Dämpfungsmessungen charakterisiert. In jedem Beschichtungsprozess nähert sich die Schichtdicke mit zunehmender Pyrolysedauer einem Endwert mit exponentiellem Verlauf. Die mittlere Dicke steigt annähernd linear mit dem Verhältnis des verfügbaren Hexandampfvolumens zur Oberfläche der pyrolytischen Beschichtung. Mit diesem Verfahren beschichtete Quarztiegel wurden erfolgreich zur Züchtung von Nal-Einkristallen mit einem Durchmesser von bis zu 2 Zoll eingesetzt. Die Oberflächenqualität der Nal-Kristalle verbesserte sich mit zunehmender Schichtdicke.
Veröffentlichungsdatum: 29. August 2023