Cuarzo sintético para cristales de cuarzo oscilantes

Primeros usos del cuarzo natural

• Hasta mediados del siglo XX, se utilizaba sobre todo cuarzo natural procedente, por ejemplo, de yacimientos de Brasil, Madagascar o Estados Unidos.
• La demanda de cuarzo de gran pureza, con pocos defectos y orientado específicamente para cristales de cuarzo oscilantes aumentó masivamente, sobre todo durante la Segunda Guerra Mundial (radar, tecnología de radio).
• Sin embargo, el cuarzo natural presentaba a menudo inclusiones, defectos de red o maclas, lo que provocaba frecuencias inestables.

Desarrollo de los cristales de cuarzo sintéticos

• En la década de 1940 comenzó la síntesis del cuarzo en las llamadas plantas hidrotermales, un proceso que imita las condiciones naturales de crecimiento.
• A partir de los años 50, la síntesis hidro termal se estableció a escala industrial.
• Más tarde, el proceso se optimizó para producir bloques de cuarzode gran pureza y sin defectos, principalmente para la tecnología de semiconductores y frecuencias.

Materia prima básica

• El material de base es dióxido de silicio (SiO₂) de gran pureza, por ejemplo, en forma de cuarzo natural, sílice amorfa o sílice purificada a partir de procesos químicos.
• Las impurezas extremadamente bajas son cruciales para las aplicaciones electrónicas (rango ppb, especialmente para Al, Na, Fe).

El proceso hidrotérmico

Principio

• Simulación de las condiciones geológicas: alta presión, alta temperatura, solución acuosa.
• Similar al proceso de autoclave utilizado para las piedras preciosas sintéticas.

Etapas del proceso

1. Preparación del autoclave:
   • Se llena un reactor resistente a la presión (autoclave) con un nutriente mineral (por ejemplo, cuarzo natural pulverizado) y una solución alcalina (normalmente NaOH o Na₂CO₃).
2. Gradiente de temperatura:
   • En la parte inferior: temperatura más alta (aproximadamente 350-400 °C) → donde se disuelve el SiO₂.
   • En la parte superior: más frío (aprox. 250-300 °C) → allí cristaliza el SiO₂.
3. Inserto de germinación:
   • En la parte superior del autoclave se insertan cristales semilla de cuarzo con una orientación definida, sobre los que crece el dióxido de silicio disuelto.
4. Crecimiento de los cristales:
   • Duración: de varias semanas a meses.
   • Resultado: cuarzo sintético monocristalino de gran perfección estructural.

Ventajas del cuarzo sintético:

• Alta pureza (pocas impurezas ppm/ppb).
• Orientación controlada de los cristales (por ejemplo, corte AT o BT para el cuarzo oscilante).
• Ausencia de maclas e inclusiones como en el cuarzo natural.
• Reproducibilidad de las propiedades físicas.

Limpieza

• En algunos casos, el material de partida se purifica de nuevo mediante limpieza química o procesos de fusión por zonas antes del crecimiento.

Utilización

• Osciladores decuarzo / cristales de cuarzo: osciladores de frecuencia estable para todas las aplicaciones de la electrónica.
• Industria de semiconductores: Cristales de cuarzo sintético (por ejemplo, para tubos de reactores).

• Óptica: Lentes, prismas de cuarzo cristalino.

Comprobamos cada lingote de cuarzo al 100% durante el proceso de entrada de mercancías. La pureza y los ejes cristalográficos correspondientes se comprueban ópticamente (proceso de rayos X). A continuación, el lingote de cuarzo recibe un número prefijado para que pueda integrarse en la trazabilidad de los lotes de resonadores de cuarzo. Esto significa que la disponibilidad de nuestros lotes de producción puede rastrearse hasta la inspección de entrada del bloque de cuarzo en bruto. Todo ello en consonancia con nuestro sofisticado proceso de fabricación de generadores de reloj de la máxima calidad, rendimiento y vida útil.