CH283045A - Procédé de production de cristaux de quartz par voie synthétique. - Google Patents

Procédé de production de cristaux de quartz par voie synthétique.

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CH283045A
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    • C01INORGANIC CHEMISTRY
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    • C01B33/113Silicon oxides; Hydrates thereof
    • C01B33/12Silica; Hydrates thereof, e.g. lepidoic silicic acid

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Description


  Procédé de production de cristaux de quartz par voie synthétique.    La présente invention se rapporte à un  procédé de production de cristaux de quartz  par voie synthétique, à partir de semences  cristallines suspendues au-dessus d'une masse  nourrissante dans un milieu aqueux, notam  ment dans le but d'obtenir des cristaux de  quartz de grandeur suffisante pour être em  ployés comme cristaux piézo-électriques.  



  La littérature scientifique montre les  efforts de nombreux chercheurs du siècle der  nier pour cultiver des cristaux de quartz à  partir de masses fondues siliceuses et de solu  tions aqueuses de silicates. Un des premiers  chercheurs qui eut le plus de succès fut Spezia  qui utilisait la variation avec la température  de la solubilité du quartz clans un liquide  aqueux alcalin (Ace. Sei. Torino, Atti., vol. 33,  pages 289-308; vol. 40, pages 254-262;  vol. 41, pages 158-l65; vol. 44, pages 95-107).

    Spezia réussit à augmenter sensiblement la  grandeur des cristaux obtenus à partir de  semences de cristal de quartz     suspendues        au-          dessous    d'une masse nourrissante de     frag-          ments    de quartz maintenus à une température  plus élevée que les semences, les semences et  la masse nourrissante étant immergées dans  un liquide aqueux alcalin contenu dans un  autoclave et maintenu à une température  d'environ 25 à 55  sous la température criti  que et, à une pression élevée. Toutefois, on a  estimé que Spezia pouvait obtenir, dans les  meilleures conditions, une croissance de seule-    ment environ 0,1 mm de quartz par jour sui  vant l'axe du cristal.  



  Plus     récemment,    de plus forts taus initiaux  de croissance ont. été obtenus avec des     se-          menees    de cristaux de quartz, en employant  de la silice fondue comme masse nourrissante  dans un milieu     aqueux    alcalin et en travaillant  au-dessus de la température critique et de la  pression critique de l'eau. Dans ces derniers  essais, on ne cherchait. pas à maintenir une  différence de température entre la semence de  quartz et. la silice fondue, la croissance dépen  dant du fait que     la    silice fondue amorphe est.  beaucoup plus soluble dans les conditions       d'expérience    que le quartz cristallin.

   L'effica  cité de ce procédé est limitée par le fait. que  la. solution instable sursaturée de silice ne dé  pose pas seulement de la silice sur la semence  de quartz, mais forme     aussi    un grand nombre  de semences parasites, de sorte que la quan  tité de masse nourrissante de silice fondue est  vite épuisé, la plus grande partie de cette  masse étant. perdue en formant et en faisant  croître les semences parasites, et seulement  une petite partie de ladite masse contribuant  à faire croître le cristal désiré.

   Il est ainsi  impossible d'entretenir un degré élevé et. con  tinu de croissance par ce procédé et, bien que  la croissance puisse être rapide pendant quel  ques heures, elle tombe sensiblement à zéro  quand pratiquement toute la masse amorphe  nourrissante est convertie en substance cristal  line, habituellement en un jour environ.      Grâce au procédé suivant la présente in  vention, on a pu, au contraire, maintenir le  taux de croissance     d'un    cristal à environ  2,54 mm par jour, la durée de cette croissance  étant limitée seulement par la quantité de  masse nourrissante contenue dans le récipient.

    Le procédé suivant l'invention est caractérisé  en ce qu'on enferme dans une chambre scellée  au moins une semence, une masse nourrissante  de quartz cristallin pratiquement exempte  d'autres formes de silice et un milieu aqueux  contenant des ions de sodium, le milieu aqueux  étant en contact avec la semence et avec la  masse nourrissante et ayant un volume capa  ble de remplir au moins 60 % de l'espace libre  à l'intérieur de la chambre au-dessus de la  masse nourrissante à l'état liquide à la tempé  rature ordinaire, en ce qu'on chauffe la  chambre de faon que la température du mi  lieu aqueux soit supérieure à sa température  critique (ce qui fait que le milieu aqueux ne  peut avoir     qu'une    seule phase) et que la sur  face supérieure de la masse nourrissante attei  gne une température d'au moins 380  C,

   la  température du milieu aqueux dans le voisi  nage de la semence étant inférieure à la tem  pérature d'inversion du quartz et inférieure  à la température de la surface supérieure de  la masse nourrissante et en ce qu'on maintient  le chauffage jusqu'à ce que la semence ait sen  siblement augmenté de volume, après quoi l'on  retire de la chambre le cristal ainsi obtenu.  



  L'invention concerne également un dispo  sitif pour la mise en     #uvre    de ce procédé. Ce  dispositif qui comprend un autoclave de forme  tubulaire est caractérisé par une fourrure  expansible formée par un tube métallique, qui  forme la chambre pour la solution et s'adapte  étroitement à la surface intérieure de l'auto  clave, la fourrure étant scellée à ses extrémités  par des godets métalliques insérés dans ladite  fourrure et reliés par soudure avec elle, les  bords soudés de la fourrure étant renfermés  dans des capuchons serrés sur elle et retenus  par les capuchons de l'autoclave.  



  Le procédé suivant la présente invention  et le dispositif convenant pour mettre en       #uvre    ce procédé seront mieux compris en se    référant au dessin annexé, donné à titre  d'exemple et dans lequel:  La fig. 1 est une élévation frontale en  coupe d'une fourrure d'autoclave dilatable  contenant une semence de cristal, un solvant  aqueux et une masse nourrissante.  



  La fig. 2 est une élévation frontale en  coupe d'un autoclave contenant la fourrure  de la fig. 1.  



  La fig. 3 est une élévation frontale à  échelle réduite, partiellement en coupe, d'un  four dans lequel sont chauffés plusieurs     auto-          elav    es tels que celui de la fig. 2.  



  La croissance des cristaux a lieu dans une  fourrure dilatable 1, comme montré à la  fig. 1, qui n'est pas elle-même capable de sup  porter les pressions engendrées, mais qui sert  à former une chambre étanche pour le milieu  aqueux, de façon à empêcher des fuites. La  fourrure 1 est formée d'un tube cylindrique 2,       qui    peut     avantageusement    être en acier à, fai  ble teneur de carbone, dans les extrémités  duquel sont, chassés deux godets 3,     4-    qui ser  vent à former une chambre 5 complètement  fermée. Les godets 3, 4 sont soudés au tube  cylindrique 2 sur les bords circulaires 6, 7,  scellant ainsi complètement la, chambre 5.  



  La fourrure 1 est chargée avec la semence  de quartz, la masse nourrissante et le milieu  aqueux après qu'un godet. a. été introduit et  soudé à une extrémité du cylindre mais avant  la fixation du second godet. D'abord, le godet  3 est introduit et soudé au bord 6.     Dnsttite.'le     cylindre se trouvant en position verticale, le  quartz nourrissant 8 est placé au fond. Puis  une ou     plusieurs    semences 9 de cristaux de  quartz sont introduites, montées de Tacon  appropriée par exemple à. l'aide     d'un    montage  en fil métallique 10, de     facon    à. être disposées  dans une position convenable au-dessus de la  masse nourrissante.

   Le     cristal-semence    peut  présenter des trous 11 dans lesquels     sIenga-          gent    les extrémités du     nionta;e    en fil, ou peut  être fixé par tout autre     moyen    approprié. La  chambre 5 est, ensuite remplie jusqu'au niveau  requis avec le milieu aqueux 12. Le godet  supérieur 4 est alors mis en place par     chas-          sage    et est soudé au bord 7.      La fourrure chargée 1 est placée dans un  autoclave 13 tel que montré en fig. 2. Cet  autoclave est formé d'un fort tube cylindrique  14 avant des capuchons 15, 16 vissés à chaque  bout.

   L'alésage intérieur du tube cylindrique  14 a une grandeur telle qu'il s'adapte étroite  ment au tube cylindrique 2 de la fourrure 1  tout en permettant d'introduire facilement  cette fourrure. L'autoclave, qui peut être  réutilisé plusieurs fois, est si fort que tout  risque d'explosion est évité.  



  La pression engendrée pendant l'opération  à l'intérieur de la fourrure scellée tend à sé  parer le tube 2 de chacun des deux godets 3,  4 et à briser les soudures des bords 6, 7, pro  voquant ainsi des fuites. Ceci est évité en pré  voyant un renforcement des bords soudés au  moyen des capuchons de retenue 17, 18. Ces  capuchons présentent une rainure annulaire  dans laquelle sont     chassés    les bords soudés 6,  7 de la fourrure. Chaque capuchon de retenue  supporte ainsi le godet correspondant à l'en  contre de la pression intérieure. Quand ils  sont maintenus en place par les capuchons  vissés 15, 16 de l'autoclave, les capuchons de  retenue 17, 18 empêchent efficacement les       fuites    à l'endroit des     soudures.     



  lie capuchon (le retenue supérieur 18 pré  sente un alésage central 19 de grandeur telle  que, pour une     pression    déterminée de sécurité  plus élevée que la pression normale de travail,  la partie du godet 4 faisant face à l'ouverture  du capuchon de retenue se rompt et abaisse  la pression. De cette manière, on obtient un  dispositif de sécurité très efficace pour le cas  où la     pression    dans l'autoclave devient anor  malement grande. Le capuchon vissé supérieur  16 présente un passage central 20 et des pas  sages radiaux 21 qui servent à conduire la  vapeur relâchée à l'extérieur de l'autoclave.  



  L'autoclave et la fourrure peuvent être  construits de     toutes    dimensions appropriées et  avec les métaux convenant pour les pressions  et les températures développées pendant l'opé  ration. On a trouvé indiqué de donner à la  chambre 5 une hauteur valant environ huit  fois son diamètre, mais ces proportions peu  vent varier considérablement. La fourrure    peut être faite à partir d'un tuyau sans sou  dure en acier à faible teneur de carbone tel  que les aciers commerciaux ne contenant pas  plus de 0,3 % et de préférence pas plus de  0,2 % de carbone; cependant, tout métal de  résistance suffisante et ne se laissant pas atta  quer par le contenu de la fourrure aux tempé  ratures et aux pressions qui y règnent, peut  être employé.

   Quand on utilise des pressions  atteignant. 1400     kglem2,    on a trouvé indiqué  de faire le tube 14 de l'autoclave en acier in  oxydable, son diamètre extérieur valant deux  fois celui de l'alésage intérieur.  



  Pour faire croître les cristaux; un ou plu  sieurs autoclaves chargés 13 sont. placés dans  un four 22 tel que celui montré à la     fig.    3.  Dans ce     fouir,    les autoclaves 13 sont. disposés  verticalement sur une plaque chauffante 23  qui est. chauffée par-dessous de toute manière  convenable, par exemple par des corps de  chauffe électrique 24. La plaque chauffante,  les corps de chauffe et les autoclaves sont en  tourés d'une enceinte 25 en briques réfrac  taires,     ouverte    en haut et limitant une cham  bre 26.  



  Pour maintenir le gradient de température  voulu entre le bas et le haut. des autoclaves,  l'espace 26 séparant. les autoclaves est rempli  d'une substance calorifuge réfractaire. Quand       1'espaee    26 est. complètement. rempli avec la  matière calorifuge, comme dans la     fig.    3, la  différence minimum de température entre le  haut et le bas des autoclaves est maintenue.  Cette différence de température est augmen  tée si le niveau de la matière calorifuge est  abaissé, de sorte qu'une partie des autoclaves  n'est pas couverte par la matière calorifuge.  



  Un couvercle 27 est prévu pour la chambre  26, par exemple un bloc d'écume de verre       poreux.    Une protection calorifuge supplémen  taire 28 de matière appropriée, telle que de  la laine de minéral, entoure l'enceinte 25 et  est renfermée dans une enveloppe     extérieure     29 qui peut être formée de métal laminé et  présente un couvercle 30 en métal laminé qui  est perforé pour permettre     l'échappement    des  gaz si le dispositif de sécurité de l'autoclave  fonctionne. Le four est de préférence muni      de régulateurs automatiques qui maintiennent  la plaque chauffante 23 à une température  fixe.  



  La plaque chauffante du four est mainte  nue à la température requise pendant une du  rée suffisante pour permettre le degré désiré  de croissance du cristal-semence aux dépens  de la masse nourrissante de quartz. On laisse  ensuite le four se refroidir, les autoclaves sont  retirés et ouverts, et les cristaux sont enlevés  des autoclaves.  



  Afin d'obtenir une vitesse de croissance  appréciable, il faut maintenir les conditions  qu'on a déjà indiqués. Comme il faut éliminer  ou réduire au minimum la formation de se  mences parasites pour maintenir une vitesse  de croissance élevée, il faut exclure du sys  tème les formes de silice qui sont     sensiblement     plus solubles que le quartz et qui entraîne  raient par conséquent la formation d'une solu  tion instable sursaturée. La masse nourrissante  qui est employée doit donc être sensiblement  exempte de formes de silice     autres    que le  quartz.  



  En outre, le quartz utilisé comme masse  nourrissante doit, en pratique, posséder un  grain assez fin pour présenter une surface  suffisante au solvant et permettre au     quartz     d'être dissous assez rapidement et de mainte  nir la croissance rapide désirée du     cristal-          semence.    On a trouvé qu'en contrôlant judi  cieusement les autres conditions, une crois  sance rapide peut être obtenue avec une masse  nourrissante formée de particules de quartz  de grandeur telle que le diamètre moyen d'une  particule vaut environ 1/s à 1/4 du diamètre  de la chambre 5. Quand on emploie du quarte  dont le diamètre des particules diminue, le  degré de dissolution augmente.  



  Quand on place au fond de la chambre de  réaction du quartz dont les particules sont  extrêmement fines, et peuvent par exemple  traverser un crible dont les ouvertures sont  inférieures à 0,25 mm, la différence de tem  pérature entre le bas et le haut de la masse  fait que le quartz forme à la surface supé  rieure de la masse une glace sensiblement im  perméable au milieu aqueux de transfert.    Quand le glaçage a eu lieu, la surface effec  tive pour la dissolution n'est plus la surface ;  totale des particules, mais seulement la sur  face supérieure de la masse, retardant ainsi le  procédé. Cet effet peut naturellement être  évité en prévoyant des moyens mécaniques  pour maintenir un nombrè suffisant de     ca-          naux    dans la masse et fournir la surface re  quise.  



  Du quartz convenant pour servir de masse  nourrissante est. formé de particules qui tra  versent un crible N  4 (ouvertures de     .1,75    mm), c  mais ne traversent. pas     tin    crible N  6 (ouver  tures de 3,35     mm).     



  La. semence 9 peut être n'importe quel  cristal, entier ou fragmentaire, de quartz na  turel ou synthétique. La semence doit être  <   simple si l'on désire     produire    un cristal sim  ple, c'est-à-dire non formé de deux cristaux  symétriques. Comme la croissance du cristal  se fait pour ainsi dire entièrement dans la  direction de l'axe     cristallographique    primaire,  la croissance ne se faisant pratiquement pas  dans les directions perpendiculaires à cet axe,  il convient d'employer une plaque coupée de  telle faon que ses faces soient perpendicu  laires à l'axe cristallographique.

   Il convient ;  aussi de monter la semence avec l'axe     cristal-          lographique    vertical de façon que la croissance  ait lieu suivant la     longueur    de la chambre  cylindrique 5, comme montré par les     lignes     interrompues 31 des     fig.    1 et ?.

   Une autre     f     semence avantageuse, qui commence immé  diatement à. croître est constituée par une pla  que cristalline obtenue en coupant un cristal  parallèlement à une de ses grandes faces       rhomboédrales.    Si cette plaque est montée de     F          faeon    que ces faces soient parallèles à. l'axe de  l'autoclave, la croissance du cristal se fera  dans une direction faisant Lui angle d'environ  3S  avec l'axe de l'autoclave. Si on le désire, la  plaque peut être montée suivant un angle tel  que la croissance se fasse suivant l'axe de  l'autoclave.  



  Les expériences faites montrent que la  croissance du cristal-semence ne se produit pas  quand le milieu aqueux employé pour     trans-    s  porter la silice de la masse nourrissante à la      semence ne contient pas de ions de sodium.  Les composés les plus indiqués pour fournir  les ions de sodium ont été trouvés être  l'hydroxyde de sodium, le carbonate de sodium  et le silicate de sodium. Comme le silicate de  sodium est le produit de réaction de la silice  et de l'hydroxyde de sodium, il est clair que,  si l'on ajoute initialement de l'hydroxyde de  sodium ou du silicate de sodium, la substance  dissoute sera de toute façon du silicate de  sodium pendant le processus. La croissance  peut être obtenue avec d'autres sels inorgani  ques de sodium, particulièrement des sels  d'acides faibles.

   On peut aussi employer des  sels de sodium d'acides organiques qui sont  stables aux températures et concentrations uti  lisées. On a trouvé particulièrement efficaces  des mélanges d'hydroxyde de sodium et de  carbonate de sodium ou de silicate de sodium  et de carbonate de sodium ou encore de ces  trois composés. L'addition de faibles concen  trations, de l'ordre d'environ 0,001 normale à  environ 0,005 normale, de sels de sodium  d'acides gras à     longue    chaîne, tels que     l'oléate     de sodium, aux solutions de composés de so  dium     inorganiques,    semble améliorer l'aspect  de la surface des cristaux produits.  



  Pour une croissance raisonnablement ra  pide, la     concentration    des ions de sodium dans  la solution aqueuse doit être d'au moins 0,5  normale et de préférence au moins 1 normale.  En général, quand la concentration augmente,  la vitesse de croissance augmente un peu jus  qu'à ce que les concentrations d'environ 4 ou  5 normales soient atteintes. Une augmentation  ultérieure de la concentration semble ne pro  duire qu'une faible augmentation de la vi  tesse de     croissance,    mais il est. évident que de  plus fortes concentrations peuvent être em  ployées si on le désire.  



  La croissance des cristaux de quartz est  effectuée avec toute la solution aqueuse se  trouvant à une température supérieure à la  température critique et présentant, par consé  quent, une phase unique. La pression est pré  férablement supérieure à la pression critique  de la solution aqueuse; cette température et    cette pression critiques sont essentiellement les  mêmes que celles de l'eau.  



  La température dans la partie la moins  chaude de la chambre doit donc être mainte  nue au-dessus d'environ 375  C, mais la sur  face de la masse nourrissante doit. atteindre  au moins 380  C pour obtenir une vitesse de  croissance suffisante. La vitesse de croissance  du cristal semble augmenter un peu quand la  température moyenne de la chambre aug  mente, mais la température du milieu aqueux  dans le voisinage du cristal doit être mainte  nue sensiblement au-dessous de     573     C, tem  pérature d'inversion pour le quartz, où l'alpha  quartz est transformé en bêta-quartz. Il est.  préférable que la température dans le voisi  nage du cristal, ou mieux encore dans la par  tie la plus chaude de la chambre, ne dépasse  pas environ 550  C.

   Les températures de tra  vail plus pratiques sont situées au-dessous de  500  C, et de préférence au-dessous de 450  C,  à la surface supérieure de la masse nourris  sante ou même dans la partie la plus chaude  de l'autoclave. Des résultats très satisfaisants  ont été obtenus avec des conditions de travail  telles que la température mesurée à l'extérieur  de la partie de l'autoclave correspondant à la  surface supérieure de la masse nourrissante de  quartz soit comprise entre environ 395 et  415 , et soit de préférence d'environ 400  C.  La température extérieure mesurée en ce point  est sensiblement égale à la température inté  rieure.  



  La densité du milieu aqueux dans lequel  croît le cristal de quartz, et par suite la pres  sion régnant dans l'autoclave pendant la crois  sance, exercent une influence<B>'</B> considérable sur  la vitesse de croissance du cristal de quartz.  La densité, ou inversement le volume spéci  fique, du milieu aqueux dépend du degré de  remplissage de l'espace libre de la chambre de  croissance avec la solution aqueuse avant le  scellement de la chambre. Le volume critique,  c'est-à-dire le volume minimum de liquide qui  permet à une phase liquide de rester dans la  chambre jusqu'à ce que la température criti  que soit atteinte, est celui qui correspond à.

         un        remplissage        d'environ        33        %        de        l'espace         libre de la chambre à la température ordi  naire.  



  Des vitesses de croissance appréciables peu  vent être obtenues avec le présent procédé  seulement si l'on remplit la chambre en dé  passant considérablement le volume critique.  Pour obtenir une vitesse de croissance sensible,  il faut remplir l'espace libre de la chambre,  sans compter l'espace occupé par lamasse  nourrissante, la semence et les moyens de sup  port, jusqu'à au moins 60 % avec le milieu  aqueux liquide à la température ordinaire.  Quand on augmente le degré de remplissage,  la vitesse de croissance augmente de façon  marquée. La limite supérieure pour le degré  de remplissage est donnée seulement par l'ap  titude de l'autoclave à résister à. la pression  qui est engendrée.

   Un remplissage d'environ  80 % a été trouvé très satisfaisant, mais un  remplissage de 90 % donne des résultats meil  leurs dans un autoclave capable de supporter  la pression correspondante.  



  Avec un remplissage de 60 % de l'espace  libre à la température ordinaire, le volume  spécifique de la solution aqueuse au-dessus  du point, critique est d'environ 1,67 fois le  volume spécifique du liquide à la température  ordinaire. Avec des remplissages de 80 et  90%, les volumes spécifiques au-dessus du  point critique sont respectivement 1,25 et  1,11 fois ceux à la température ordinaire.  



  Il est important pour la vitesse de crois  sance du cristal que la différence de tempé  rature appropriée soit maintenue pendant tout  le processus, entre le solvant aqueux quittant  la masse nourrissante de quartz et le solvant  aqueux dans le voisinage du cristal-semence  de quartz. Avec une très faible différence de  température, la vitesse de croissance est lente.  Quand la différence de température augmente,  la vitesse de croissance augmente, mais, si elle       devient    excessive, un certain nombre de se  mences parasites apparaissent sur les parois  de l'autoclave.

   Pour empêcher l'apparition de  ces semences parasites, il faut éviter une diffé  rence excessive de température non seulement  entre la masse nourrissante et le     cristal-          semence,    mais encore entre la masse nourris-    santé et n'importe quelle partie de l'autoclave.  Comme indiqué, ci-dessus, la différence de  température peut être réglée avec l'appareil  représenté ,au dessin, en faisant varier la  quantité d'isolant, placé autour des autoclaves  disposés dans le four.  



  Dans le dispositif montré au dessin, il est  recommandé de mesurer la différence de tem  pérature de la surface extérieure de l'auto  clave à des niveaux indiqués par les lignes in  terrompues A et B     (fig.    2). La mesure exté  rieure au niveau A donne une indication de  la température intérieure à. ce niveau; cette  température intérieure est approximativement  la même que la température régnant dans la  partie la moins chaude de la chambre de crois  sance. La mesure extérieure au niveau B  donne une indication de la température inté  rieure à la surface supérieure de la masse  nourrissante, la petite différence entre ces  températures pouvant être déduite des expé  riences faites.

   En général, cette différence de  température mesurée extérieurement doit être  comprise entre 5 et     25     C. Dans la plupart des  cas, cette différence de température est, main  tenue entre 10 et     20     C. La différence de tem  pérature intérieure entre la surface de la  masse nourrissante et la     partie    la moins  chaude de la chambre de croissance est infé  rieure à cette valeur et. peut être estimée ne  pas dépasser 5  C et, dans la plupart des cas,  ne pas dépasser environ ? et même 1  C.  



  Une vitesse de croissance appréciable peut  être réalisée avec la semence suspendue près  du haut de la chambre, ce qui permet de tirer  parti de la différence de température totale,  ou en un point situé plus bas qui peut être  à peine plus haut que la     finasse    nourrissante;  en ce dernier point, la croissance du cristal  sera légèrement. plus lente en raison de la  faible différence de température. On peut  estimer que, pour une vitesse de croissance  satisfaisante, la différence de température  entre le cristal-semence et la surface de la  masse nourrissante doit être d'au moins 0  5 C.  



  La différence de température optimum,  comprise dans les limites spécifiées     ei-dessus,         dépend des autres conditions de travail, dont  la plus importante est le grain de la masse  nourrissante de quartz. Avec un gros grain,  les meilleurs résultats sont obtenus avec les  plus grandes différences de températures.  Avec un grain fin, des différences de tempé  rature plus petites donnent les meilleurs ré  sultats.  



  En général, les cristaux les plus limpides  sont produits seulement avec les faibles vi  tesses de croissance. Avec les vitesses de crois  sance plus rapides, les cristaux qui sont pro  duits ont une surface d'apparence corrodée.  Cependant, la différence est seulement en sur  face et les cristaux d'apparence corrodée con  viennent tout aussi bien comme cristaux piézo  électriques que ceux qui sont limpides. Comme  noté plus haut, quand la croissance est trop  rapide, des semences parasites peuvent appa  raître sous certaines conditions. Cependant, on  peut tolérer quelques-unes de ces semences  parasites pourvu qu'elles ne deviennent pas  assez prononeées pour altérer la croissance  normale des faces du cristal.  



  Les exemples particuliers qui suivent illus  treront encore la manière de mettre en     #uvre     le procédé suivant l'invention.  



  Fxemple 1:  Une fourrure cylindrique formée d'un tube  sans soudure en acier à faible teneur de car  bone, ayant une épaisseur de paroi de 1,59 mm,  soudé de façon étanche avec des godets en  acier à faible teneur de     carbone    ayant une  épaisseur de paroi de 0,80 mm, comme montré  à la fig. 1, définissant une chambre de crois  sance ayant environ 2,54 cm de diamètre et  28,6 cm clé longueur, a été chargée de 50 g  de masse nourrissante formée de particules de  quartz capables de traverser un crible N  4,  mais non un crible N  6 d'une solution aqueuse  de carbonate de sodium, d'hydroxyde de so  dium et d'oléate de sodium, et de six     cristaux-          semences    de quartz.

   Les concentrations des  composés de sodium dans la solution étaient  de 1 normale pour le carbonate de sodium,  0,1 normale pour l'hydroxyde de sodium et    0,003 normale pour l'oléate clé sodium. Il y  avait assez de solution pour remplir 80 % de  l'espace libre de la chambre à la température  ordinaire, sans compter le volume de la masse       nourrissante,    des semences et des moyens de  support. Les cristaux-semences avaient la  forme de plaques d'environ 1,97 mm d'épais  seur, coupées de faon que leurs faces fussent  parallèles à une face principale     rhomboédrale     du cristal. Les semences étaient suspendues à  un fil, leurs faces étant verticales.

   Leurs     een-          tres    étaient. distants d'environ 19 mm et la  semence la plus élevée était située à environ  25 mm depuis le haut de la chambre, la se  mence la plus basse étant disposée à environ  63,5 mm au-dessus de la surface de la masse  nourrissante. La fourrure fut introduite dans  un autoclave en acier inoxydable de grandeur  appropriée, tel que celui montré à la     fig.        2,,     puis l'autoclave fut placé dans un four tel  que celui de la fi g. 3.

   La température de la  plaque chauffante et la quantité d'isolant  furent réglées de faon que la température  extérieure de l'autoclave au niveau 3 de la       fig.    ? fut maintenue à     q05     C et la tempéra  ture extérieure de l'autoclave au niveau     13     fut maintenue à 18  C plus haut que celle du  niveau 11, donc à     423     C, la température cor  respondante de la surface supérieure de la  masse nourrissante étant. d'environ     400     C. Ces  conditions furent maintenues pendant 9 jours,  puis l'autoclave fut refroidi et les cristaux  enlevés.

   On trouva que les trois cristaux supé  rieurs qui, en raison de leur situation dans ;  l'autoclave, étaient maintenus à une diffé  rence de température supérieure par rapport  à la masse nourrissante, avaient crû, en  moyenne, d'environ 2,29 mm par jour suivant  l'axe cristallographique principal. Les trois  cristaux inférieurs, qui avaient été maintenus  à une différence de température plus petite  par rapport à la masse nourrissante, avaient  crû, en moyenne, d'environ 1,78 mm par jour.  Les cristaux avaient une apparence extérieure,  corrodée, mais leur intérieur était parfaite  ment limpide quand on observait les cristaux  immergés dans un liquide de même indice de  réfraction que le quartz.

        Exemple 2:  Un autoclave chargé fut préparé de la  même manière que dans l'exemple 1, si ce  n'est     que    la chambre de croissance avait  2,54 cm de diamètre et 20,32 cm de longueur;  30 g de masse nourrissante de quartz furent  employés; la solution aqueuse contenait seule  ment du carbonate de sodium de concentration  4 normale, et quatre semences de quartz  étaient suspendues les unes au-dessus des  autres dans la partie supérieure de l'autoclave.  L'autoclave fut placé dans le four et la tem  pérature extérieure au niveau A fut mainte  nue à 400  C, tandis que la température exté  rieure au niveau     B    était maintenue à environ  10  C plus haut que celle du niveau A.

   Ces  conditions furent     maintenues    pendant environ  deux semaines, puis l'autoclave fut mis à re  froidir et les cristaux furent enlevés. Ils  avaient crû à la vitesse moyenne d'environ  0,92 mm par jour, les cristaux supérieurs  croissant plus vite que les cristaux inférieurs.  Les cristaux- avaient une apparence extérieure  corrodée mais un intérieur limpide.

Claims (1)

  1. REVENDICATION I: Procédé de production de cristaux de quartz par voie synthétique, à partir de se mences cristallines suspendues au-dessus d'une masse nourrissante dans un milieu aqueux, ca ractérisé en ce qu'on enferme dans une cham bre scellée au moins une semence, une masse nourrissante de quartz cristallin pratiquement exempte d'autres formes de silice et un milieu aqueux contenant des ions de sodium, le mi lieu aqueux étant en contact avec la semence et avec la masse nourrissante et ayant un vo lume capable de remplir au moins 60% de l'espace libre à l'intérieur de la chambre, au- dessus de la masse nourrissante à l'état liquide à la température ordinaire,
    en ce qu'on chauffe la chambre de façon que la tempéra ture du milieu aqueux soit supérieure à sa température critique et que la surface supé rieure de la masse nourrissante atteigne une température d'au moins 380 C, la température du milieu aqueux dans le voisinage de la se mence étant inférieure à la température d'in- version du quartz et inférieure à la tempéra ture de la surface supérieure de la masse nourrissante, et en ce qu'on maintient le chauffage jusqu'à ce que la semence ait sensi blement augmenté de volume, après quoi l'on retire de la chambre le cristal ainsi obtenu. SOUS-REVENDICATIONS 1.
    Procédé selon la revendication I, carac térisé en ce que la chambre scellée est rem plie avec le milieu aqueux a un degré tel que le volume spécifique du milieu aqueux pen dant le chauffage n'est pas supérieur à 1,25 fois le volume du milieu aqueux à l'état liquide à la température ordinaire. 2. Procédé selon la revendication I, carac térisé en ce que le chauffage est. effectué de telle façon que la température de la surface supérieure de la. masse nourrissante n'est pas inférieure à 390 C, et que la température de toutes les autres parties à l'intérieur de la chambre est environ de 5 C inférieure à la température de la. surface supérieure clé la masse nourrissante. 3.
    Procédé selon la revendication I, earac- térisé en ce que le milieu aqueux a une con centration en ions de sodium d'au moins 0,5 normale. 4. Procédé selon la. sous-revendication 3, caractérisé en ce que le milieu aqueux con tient de l'hydroxyde de sodium. 5. Procédé selon la sous-revendication à' caractérisé en ce que le milieu aqueux con tient du carbonate de sodium. 6. Procédé selon la sous-revendication 3, caractérisé en ce que le milieu aqueux con tient du silicate de sodium. 7.
    Procédé selon la sous-revendication 3, caractérisé en ce que fa substance dissoute dont dérivent les ions de sodium présents dans le milieu aqueux est un mélange de carbonate de sodium et d'hydroxyde de sodium. 8. Procédé selon la sous-revendication 3, caractérisé en ce que la substance dissoute dont dérivent les ions de sodium présents dans le milieu aqueux est un mélange de carbonate de sodium et de silicate de sodium. 9. Procédé selon la revendication I, carac térisé en ce que la masse nourrissante est for mée clé particules de quartz dont la grandeur et la disposition à l'intérieur de la chambre sont telles qu'elles permettent au milieu. aqueux de circuler librement parmi elles. 10.
    Procédé selon la sous-revendication 7, caractérisé en ce que le milieu aqueux de car bonate de sodium et d'hydroxyde de sodium remplit 80% de l'espace libre de la chambre, pour l'état liquide du milieu à la température ordinaire, la concentration du carbonate de sodium étant de 1 normale et celle de l'hydroxyde de sodium étant de 0,1 normale, le chauffage étant effectué de façon telle que la surface supérieure de la masse nourrissante ait une température comprise entre 395 et 415 C. 17. Procédé selon la sous-revendication 10, caractérisé en ce que le milieu aqueux com prend en outre de l'oléate de sodium sous une concentration de 0,003 normale. 12.
    Procédé selon la revendication!, carac térisé en ce que les particules de quartz de la masse nourrissante ont une dimension maxi mum comprise entre 3,35 et 4,75 mm. REVENDICATION II: Dispositif pour la mise en aeuvre du pro cédé revendiqué dans la revendication I, com prenant un autoclave (14) de forme tubulaire, caractérisé par une fourrure expansible for mée par un tube métallique (1), qui forme la chambre pour la solution et s'adapte étroite ment à la surface intérieure de l'autoclave, la fourrure étant scellée à ses extrémités par des godets métalliques (3, 4) insérés dans ladite fourrure et reliés par soudure avec elle, les bords soudés (6, 7) de la fourrure étant ren fermés dans des capuchons (17, 18) serrés sur elle et retenus par les capuchons (15, 16)
    de l'autoclave.
CH283045D 1948-12-30 1949-07-20 Procédé de production de cristaux de quartz par voie synthétique. CH283045A (fr)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2895812A (en) * 1954-07-28 1959-07-21 Bell Telephone Labor Inc Growing of quartz crystals
US11629059B2 (en) 2019-08-29 2023-04-18 Covia Holdings Llc Ultra-white silica-based filler

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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