Full resolution (JPEG) - On this page / på denna sida - H. 45. 9 december 1950 - Syntetiska kristaller, av SHl
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
Below is the raw OCR text
from the above scanned image.
Do you see an error? Proofread the page now!
Här nedan syns maskintolkade texten från faksimilbilden ovan.
Ser du något fel? Korrekturläs sidan nu!
This page has never been proofread. / Denna sida har aldrig korrekturlästs.
11 november 1950
1137
Syntetiska kristaller
Man kan numera ersätta nästan alla naturliga kristaller
med syntetiska och dessutom framställa många sådana,
som naturen ej förmått åstadkomma. Framställningen av
kristaller har stimulerats av den växande knappheten på
goda naturliga och av upptäckten, att syntetiska kristaller
kan bli billigare och bättre. För blott ett tiotal år sedan
framställdes blott två kristaller i stor skala, nämligen
rubi-ner, framför allt i Schweiz, till lager i klockor och andra
instrument samt seignettesaltkristaller i USA för
nålmikrofoner. Under kriget upptäckte man emellertid i USA
mycket snart, att man måste sätta igång tillverkning av rubiner
och att även andra kristaller behövdes för lokalisering av
ubåtar med hydrofon och för spektrografer.
När kriget slutade, växte både statlig och enskild
kristallforskning. Man fann härvid t. ex., att vissa kristaller,
framför allt av antracen, är bättre för påvisande av radioaktiv
strålning än GM-räknare, att kristaller av germanium i
många fall med fördel kan ersätta radiorör (Tekn. T. 1950
s. 1029) och att en annan kristall ger den kanske snabbaste
ljusventilen eller slutaren i världen. Under kriget lyckades
tyskarna framställa kvarts- och glimmerkristaller i
laboratorieskala. Vidare fann de en ny familj av kristaller
(talliumbromidjodid m.fl.), som släpper igenom infrarött
ljus med mycket lång våglängd. I USA har man nu nått
lika långt med framställning av glimmer (Tekn. T. 1950
s. 682) och betydligt längre med syntetisk kvarts.
Enstaka syntetiska kristaller framställs vanligen genom
smältning med låga vid hög temperatur, ur övermättade
lösningar eller ur smälta. De sista två metoderna är i
viss mån analoga med de processer, som ger kristaller i
naturen. Denna har emellertid stora fördelar framför
människan, därigenom att den till sitt förfogande har en
stor uppsättning av olika kemiska föreningar, kolossala
reaktionskärl och obegränsad tid.
Kvarts
Den stora användningen av kvartskristaller som
oscillatorplattor för kontroll av radiofrekvenser har väckt
intresse för syntes av lämpliga kristaller. Problemet är
att förmå kiselsyramolekyler att lagra sig i ett önskat
kristallgitter. När detta sker ur vattenlösning, är kristallen
mycket mindre löslig än den amorfa fasen vid hög
temperatur och högt tryck. Principen för denna hydrotermiska
metod blir därför att omge en kvartskristall med en
lösning av kiselsyra, varvid denna fälls ut på kristallen, när
temperatur och tryck ges lämpliga värden.
Pionjärarbetet på detta område utfördes av italienaren
Spezia vid början av 1900-talet. Han använde ett
högtryckskärl fyllt med en lösning av natriummetasilikat och
koksalt. Denna förnyades genom upplösning av inhängda
kvartskristaller, allteftersom kiselsyra utkristalliserade i
en annan del av kärlet. Upplösningen skedde i en hetare
zon och utfällningen i en svalare. När det blev ont om
kvarts i USA år 1942, tog General Electric upp Spezias
idé. Det visade sig då, att amorf kiselsyra med fördel kan
användas till förnyande av kiselsyralösningen i stället för
kvarts. Den förras löslighet vid en viss temperatur är
betydligt större än den senares, varför en övergång av den
amorfa formen till den kristallina kunde ske vid samma
temperatur.
Processen kunde alltså göras isotermisk, vilket innebar
en förenkling av Spezias förfarande. Den utförs i en
stålbomb (fig. 3) konstruerad för minst 1 000 at ö vid 350—
400°. När den använts två eller tre gånger för framställning
av kristaller, är dess innerväggar täckta med ett tjockt
lager av kvarts. Detta tycks vara en nödvändig
förutsättning, för att processen skall lyckas. Trycket kontrolleras
genom fyllnadsgrad och temperatur, vilken vanligen hålls
under vattnets kritiska punkt, ca 375°C. Kvartsglaset kan
inhängas ovanför kristallisationskärnan eller läggas på
kärlets botten. Koppar eller silvertråd kan användas för
upphängningen, och en kopparplåt täcker autoklavens lock
invändigt. Härigenom kommer ett minimum av järn i
beröring med dess innehåll.
En typisk lösning består av 50 g/1 natrummetasilikat och
ett "mineraliserande" ämne, vanligen sur natrium- eller
kaliumfluorid, vars uppgift är att ge fullgoda
kvartskristaller. Ehuru mekanismen vid utfällningen ej är fullt
känd, vet man, att silikofluorider uppstår som mellanled.
För att finna det kristallsnitt, som är lämpligast till kärna,
gjordes fällningsförsök med sfärer av naturlig kvarts. Det
visade sig, att den erhållna kristallen fick pyramidala
avslutningar på ett tunnliknande prisma. Ytterligare
undersökningar stödde uppfattningen, att rektangulära plattor
skurna parallellt med romboederytor är bäst som
kristalli-sationskärnor.
Det syntetiska kvartslagret byggs upp i på varandra
följande växtperioder på 18 h. Efter varje sådan beskickas
autoklaven med nytt råmaterial. Temperaturen höjs till
360°C under 5 h och hålls konstant i 13 h, varefter kvls.
Ungefär fem perioder behövs för framställning av en
kristall, som är tillräckligt stor för en oscillatorplatta.
Om kristallisationen sker för snabbt, blir produkten icke
fullt tillfredsställande. Olika röntgenmetoder kan användas
för kontroll av kvaliteten. Närvaro av inneslutningar, t.ex.
blåsor, kan upptäckas genom granskning direkt eller med
mikroskop. Denna undersökning är synnerligen viktig, då
kvarts, som i övrigt är av fullgod kvalitet, kan vara
värdelös som oscillator på grund av ett enda litet fel.
Bell Telephone började studera framställning av
kvartskristaller i mars 1946. Man utgick härvid från omfattande
undersökningar av tysken B Nacken, vilka resulterat i en
metodik, som är praktiskt taget lika med den ovan
beskrivna. På Bells laboratorier ansåg man emellertid, att
användningen av amorf kvarts som råvara medförde
betydande olägenheter särskilt genom avskiljandet av små
kvartskristaller överallt i reaktionskärlet. När man arbetar
isotermiskt under utnyttjande av skillnaden i löslighet för
amorf och kristallinisk kvarts, blir nämligen lösningen
vid arbetstemperaturen övermättad med avseende på den
senare, som därför utfaller och täcker de amorfa
kisel-syrakornen. Dessa kan sedan ej längre gå i lösning.
Ymp-kristallens tillväxt blir visserligen i början förvånansvärt
snabb, men den upphör nästan helt redan efter 8 h,
därför att råmaterialförrådet blockerats.
Fig. 1. Kvartskristall framställd enligt Bells metod.
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
