14.2: Sublimación
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El método de sublimación para crear materiales sintéticos es un método donde un sólido se calienta a temperaturas y presión apropiadas, generalmente en un vacío cercano, de manera que pasa del estado sólido directamente al estado gaseoso, saltándose el estado líquido. El gas luego se condensa como un sólido, saltándose nuevamente el estado líquido. Un material famoso por esto es el CO 2 (hielo seco); a temperatura ambiente y presión atmosférica normal, este sólido bloque de hielo se sublimará inmediatamente en un gas.
La moissanita sintética es la principal piedra preciosa sintética producida por este proceso.
Hay varias configuraciones diferentes para lograr esto, la mayoría de ellas usan una placa de semillas y una fuente de polvo. Otra forma es mediante el uso de gases y un plato de semillas.
Método en polvo
Figura\(\PageIndex{1}\)
A continuación se presenta un resumen del método de sublimación utilizado para crear moissanita sintética (carburo de silicio), para una explicación detallada nos referimos a la descripción de la patente.
Arriba hay una sección transversal del crisol de grafito cilíndrico que se mantiene dentro de un horno más grande, evacuado.
Un polvo de carburo de silicio (1) es transportado por un tornillo (3), que funciona como un Tornillo de Arquímedes, justo debajo de una placa porosa de grafito (5). Ese tornillo es girado por una varilla (2).
Cuando el polvo alcanza la etapa justo debajo de la placa porosa, se calienta a alrededor de 2,300° C y el polvo entra en estado gaseoso (4). Esta temperatura es la temperatura de sublimación.
La superficie del cristal semilla (8), o el cristal en crecimiento (7), se mantiene a una temperatura justo por debajo de la temperatura de sublimación (2,200°C) y el gas de carburo de silicio se condensa en la superficie del cristal semilla o el cristal en crecimiento.
Una abertura (6) en el crisol anular de grafito contiene un pirómetro óptico que monitorea la temperatura de la superficie de la semilla o del cristal en crecimiento. El cristal semilla (8) está sostenido por una montura (9) que en algunas configuraciones se puede bajar/elevar/rotar dependiendo de lo que indique el pirómetro.
El carburo de silicio es un buen semiconductor con una gran banda prohibida (+3 eV) y se podría esperar que los cristales producidos fueran incoloros. Sin embargo, los dopantes tipo n (nitrógeno) en el horno crean centros de color. Esto se resuelve agregando una cantidad igual de un dopante tipo p (aluminio) a la fuente de polvo, en efecto cancelando los centros de color entre sí.
Método de los Gases
En esta adaptación, el polvo es sustituido por dos gases, silano (SiH 4) y etileno (C 2 H 4). Cuando estos dos gases se combinan a una temperatura de aproximadamente 2,400° C, reaccionarán y formarán un gas de carburo de silicio. Este gas se condensará entonces de la misma manera que la fuente de polvo.