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. Synthetische Saphir-Scheiben oder Komponenten sind flache, runde, viereckige, quadratische Scheiben oder formfreie Komponenten aus synthetischem Saphir, einem künstlich hergestellten Kristall aus Aluminiumoxid (Al2O3). Synthetische Saphir-Scheiben/ -Komponeneten werden in der Regel durch das Czochralski-Verfahren hergestellt. Dabei wird ein kleiner Kristall aus Saphir in einem geschmolzenen Aluminiumoxid-Tiegel geschmolzen und dann langsam herausgezogen, während es sich gleichzeitig dreht. Durch diese Kristallzüchtung entsteht ein zylinderförmiger Kristall, der anschließend in Scheiben geschnitten wird.

. Synthetische Saphir-Scheiben haben folgende Eigenschaften:

- Saphir-Scheibe ist mit einer Mohs-Härte von 9 nach Diamant das zweithärteste Material der Welt.

- Saphirscheibe ist transparent und lässt Licht im sichtbaren und infraroten Bereich durch.

- Saphirscheiben haben eine hohe Schmelztemperatur von 2050 °C und ist daher sehr hitzebeständig.

- Saphir-Scheiben sind beständig gegen die meisten Chemikalien.

- Saphirscheibe ist korrosionsbeständig und rostet nicht.

. Saphir-Scheiben werden in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, z. B.:

Uhrengehäuse und Uhrengläser: Saphirglas wird häufig in hochwertigen Uhren verwendet, da es extrem kratzfest ist. Im Gegensatz zu normalem Glas oder Kunststoff, die leicht zerkratzen können, behält Saphirglas seine Klarheit und Ästhetik über lange Zeiträume hinweg bei.

Smartphone-Displays: Die hohe Härte und Kratzfestigkeit von Saphirglas machen es zu einem idealen Material für Smartphone-Displays. Benutzer müssen sich keine Sorgen um Kratzer durch alltägliche Nutzung machen, was die Langlebigkeit des Bildschirms erhöht.

Optische Fenster und Linsen: Saphirglas bietet eine außergewöhnliche optische Klarheit, die in vielen Anwendungen wichtig ist, z. B. in der Laser-, Medizin-, und Bildverarbeitungsindustrie. Seine Transparenz und geringe Absorption machen es ideal für optische Systeme, wo Präzision und Bildqualität entscheidend sind.

Schutzabdeckungen für Kameras: Die Härte von Saphirglas bietet einen ausgezeichneten Schutz für Kameraobjektive, insbesondere in Umgebungen, in denen sie hohen Belastungen ausgesetzt sind. Dies hilft, die Bildqualität zu erhalten und teure Reparaturen zu vermeiden.

Sensorabdeckungen in der Luft- und Raumfahrt: Saphirglas ist aufgrund seiner hohen Festigkeit, Härte und Beständigkeit gegenüber extremen Temperaturen ideal für den Einsatz in Luft- und Raumfahrtanwendungen. Es schützt Sensoren vor Beschädigungen und bietet eine klare Sicht für die Erfassung von Daten.

Wissenschaftliche Instrumente: In Laboratorien und Forschungseinrichtungen wird Saphirglas aufgrund seiner chemischen Beständigkeit und Stabilität in aggressiven Umgebungen eingesetzt. Es ist beständig gegenüber Säuren, Laugen und anderen chemischen Substanzen, was es für verschiedene Experimente und Analysen geeignet macht.

In all diesen Anwendungen bietet Saphirglas eine Kombination aus Härte, Kratzfestigkeit, optischer Klarheit und chemischer Beständigkeit, die es zu einem vielseitigen Material für eine Vielzahl von anspruchsvollen Anwendungen macht.

 

Tiefsee-Armaturen:

Die Verwendung von Saphirglas in Tiefsee-Armaturen, wie Unterwasserfahrzeugen oder Unterwasserrobotern, bietet mehrere Vorteile, die durch seine spezifischen Eigenschaften begründet werden können:

Druckbeständigkeit: In der Tiefsee herrschen extreme Druckverhältnisse, die herkömmliches Glas oder Kunststoffe leicht zerstören könnten. Saphirglas hingegen zeichnet sich durch eine außergewöhnliche Druckbeständigkeit aus. Seine hohe Festigkeit ermöglicht es, den enormen Druck in der Tiefsee standzuhalten, ohne zu brechen oder zu verformen.

Korrosionsbeständigkeit: Die salzhaltige Umgebung der Tiefsee kann Korrosion verursachen, insbesondere bei Metallen. Saphirglas ist jedoch chemisch inert und korrosionsbeständig. Es wird nicht durch Salzwasser oder andere chemische Verbindungen in der Umgebung beeinträchtigt, was seine Langlebigkeit und Zuverlässigkeit in Tiefsee-Applikationen gewährleistet.

Optische Klarheit: Saphirglas bietet eine außergewöhnliche optische Klarheit, die für Unterwasseranwendungen entscheidend ist. Es ermöglicht eine klare Sicht auf die Umgebung und erleichtert die visuelle Inspektion von Strukturen, Organismen oder Instrumenten in der Tiefsee. Diese optische Durchlässigkeit ist unerlässlich für die Navigation und Bildgebung in dieser Umgebung.

Kratzfestigkeit: Unterwassergeräte können beim Einsatz in rauen Umgebungen leicht beschädigt werden. Saphirglas ist äußerst kratzfest und widersteht den abrasiven Partikeln und Oberflächen, denen es in der Tiefsee begegnen kann. Dadurch bleiben die Sichtfenster und optischen Sensoren klar und funktionsfähig, was die Leistungsfähigkeit der Geräte verbessert.

Thermische Stabilität: Saphirglas behält seine Festigkeit und Struktur auch bei extremen Temperaturen bei. In der Tiefsee können Temperaturschwankungen auftreten, und Saphirglas bietet eine stabile und zuverlässige Materiallösung, die den Anforderungen dieser Umgebung gerecht wird.

Aufgrund dieser Eigenschaften ist Saphirglas eine ideale Wahl für die Verwendung in Tiefsee-Armaturen, da es die hohen Anforderungen an Druckbeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit, optische Klarheit, Kratzfestigkeit und thermische Stabilität erfüllt, die für den Einsatz in dieser extremen Umgebung erforderlich sind.


. Synthetische Saphir-Scheiben bieten folgende Vorteile gegenüber natürlichen Saphir-Scheiben:

Höhere Qualität: Synthetische Saphir-Scheiben sind in der Regel von höherer Qualität als natürliche Saphir-Scheiben, da sie frei von Einschlüssen und Verunreinigungen sind.
Geringere Kosten: Synthetische Saphir-Scheiben sind in der Regel günstiger als natürliche Saphir-Scheiben.
Nachhaltigkeit: Synthetische Saphir-Scheiben werden aus nachhaltigen Rohstoffen hergestellt, während der Abbau von natürlichem Saphir die Umwelt belasten kann.

 

* Zusammenfassend die Kombination aus hohem E-Modul, extremer Härte, ausgezeichneten optischen Eigenschaften sowie mechanischer und chemischer Belastbarkeit bietet kristallklare Vorteile für Saphir gegenüber herkömmlichen Gläsern oder Keramik.

Saphir-Scheiben werden in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, z. B.: Uhrengehäuse und Uhrengläser, Smartphone-Displays, Optische Fenster und Linsen, Schutzabdeckungen für Kameras, Sensorabdeckungen in der Luft- und Raumfahrt, Wissenschaftliche Instrumente & Tiefsee-Armaturen

 

. Allgemeine Fragen & Verkauf: Agnès Verbole +49 (0) 202 - 40 43 51, kontakt [at] quick-ohm.de
. Wir bieten Saphirkomponenten und Saphirscheiben in den verschiedenen Geometrien an. Bitte fügen Sie ihren Anfragen -falls vorhanden- eine 2D- oder 3D-Zeichnung (Handskizze, PDF, STEP) hinzu. Angebot anfragen

 


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. Eigenschaften Zusammenfassend:

 

Grundeigenschaften:
Kristalline Struktur Hexagonal, a=b=4.77Å, c=13.04 Å
Schmelzpunkt 2040° C
Wärmeausdehnungsindex 6,7x10-6 parallel zur C-Achse
Leitfähigkeit 46.06 W/m °K bei 0° C
Spezifischer Widerstand 5,0 x 10 -6 C senkrecht zur C-Achse
Dielektrizitätskonstante Durchschnitt 11,5 (parallel zur C-Achse)
Dichte 3.98g/cm3
Druckfestigkeit 2 GPa
Elastizitätsmodul 3.6 x 104 - 4.4 x 104
Biegefestigkeit 35-39 daN/mm2
Zugfestigkeit ~400 MPa (bei ca. 25°C)
Poisson's Ratio (Poissonzahl) 0.28-0.33
Härte 9 mohs
1800 Knoo parallel zur C-Achse
2200 Knoop senkrecht zur C-Achse
Brechungsindex nω: 1.768 (C-Achse)
nε: 1.760 (C-Achse)
Doppelbrechung (No-Ne) 0.008

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Der syntethische Saphir besitzt hervorragende Eigenschaften:

• exzellente Transmission (durchlässig im breiten Spektrum - von UV bis IR)

• inert und bestens beständig gegen aggressive Medien

• hervorragende Wärmeleitfähigkeit (besonders in Kryotemperaturen)

• ebenfalls hervorragende Wärmebeständigkeit und Beständigkeit gegenüber thermischen Schocks

• brillante Kratz- und Abriebfestigkeit

• beste Korrosions- und Abrasionsbeständigkeit

• extreme Härte (nach dem Diamanten das härteste Material!)

• beste elektrische Eigenschaften (hoher elektrischer Widerstand, große Dielektrizitätskonstante)

 

. Die Kombination aus hohem E-Modul, extremer Härte, ausgezeichneten optischen Eigenschaften sowie mechanischer und chemischer Belastbarkeit bietet kristallklare Vorteile für Saphir gegenüber herkömmlichen Gläsern oder Keramik.

 

 

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. Eigenschaften Ausführlich:

 

. Kristalline Struktur von Saphir-Scheiben

Saphir ist ein trigonaler Kristall, d. h. seine Kristallstruktur gehört zum trigonalen Kristallsystem. Das Kristallsystem wird durch drei gleich lange Achsen definiert, die sich in einem Winkel von 120° schneiden.

Die Elementarzelle von Saphir besteht aus zwei Aluminiumatomen und sechs Sauerstoffatomen. Die Aluminiumatome befinden sich in der Mitte der Elementarzelle und die Sauerstoffatome sind an den Ecken angeordnet.

Die Kristallstruktur von Saphir ist sehr stabil und erklärt viele seiner einzigartigen Eigenschaften, wie z. B. seine Härte, Lichtdurchlässigkeit und Wärmebeständigkeit.

Saphirscheiben können als Einkristalle oder Polykristalle hergestellt werden. Einkristalle bestehen aus einem einzigen, durchgehenden Kristallgitter, während Polykristalle aus vielen kleinen Kristallen bestehen, die zufällig miteinander verbunden sind.

Einkristall-Saphirscheiben sind in der Regel von höherer Qualität als Polykristall-Saphirscheiben, da sie keine Korngrenzen haben, die die Materialeigenschaften beeinträchtigen können. Einkristall-Saphirscheiben sind jedoch auch teurer und schwieriger herzustellen.

Saphirscheiben können in verschiedenen Richtungen geschnitten werden, was die Eigenschaften der Scheibe beeinflussen kann. Die am häufigsten verwendete Orientierung ist die c-Orientierung, bei der die Kristallachse senkrecht zur Oberfläche der Scheibe steht.

 

* Die kristalline Struktur von Saphir-Scheiben ist verantwortlich für ihre einzigartigen Eigenschaften. Die hexagonale Anordnung der Atome und die starke Bindung zwischen Aluminium und Sauerstoff führen zu einer hohen Härte, Lichtdurchlässigkeit, Wärmebeständigkeit, chemischen Beständigkeit und optischen Eigenschaften.

 

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. Schmelzpunkt von Saphir-Scheiben

Der Schmelzpunkt von Saphir-Scheiben liegt bei 2050 °C. Dies ist eine extrem hohe Temperatur, die deutlich über der Schmelztemperatur der meisten anderen Materialien liegt. Die hohe Schmelztemperatur von Saphir macht es zu einem idealen Material für Anwendungen, die hohen Temperaturen ausgesetzt sind.

Faktoren, die den Schmelzpunkt beeinflussen:

- Reinheit: Die Reinheit des Saphirs hat einen Einfluss auf den Schmelzpunkt. Je reiner der Saphir, desto höher der Schmelzpunkt.
- Verunreinigungen: Verunreinigungen können den Schmelzpunkt von Saphir senken.
- Kristallstruktur: Die Kristallstruktur von Saphir hat einen Einfluss auf den Schmelzpunkt.

Vergleich mit anderen Materialien:

- Diamant: Diamant hat den höchsten Schmelzpunkt aller bekannten Materialien (3550 °C)
- Wolfram: Wolfram hat einen Schmelzpunkt von 3422 °C
- Stahl: Stahl hat einen Schmelzpunkt von 1538 °C
- Aluminium: Aluminium hat einen Schmelzpunkt von 660 °C

Bedeutung des Schmelzpunktes:

Der hohe Schmelzpunkt von Saphir-Scheiben ist für viele Anwendungen von großer Bedeutung. Beispielsweise werden Saphir-Scheiben in der Halbleiterindustrie als Substrat für die Herstellung von Galliumarsenid (GaAs)-Halbleitern verwendet. GaAs-Halbleiter werden in Hochleistungs-Elektronik eingesetzt, die hohen Temperaturen ausgesetzt sein können.

 

* Saphir-Scheiben sind ein vielseitiges Material mit einer Reihe von einzigartigen Eigenschaften. Sie bieten eine hohe Härte, Lichtdurchlässigkeit, Wärmebeständigkeit, chemische Beständigkeit und Korrosionsbeständigkeit. Diese Eigenschaften machen Saphir-Scheiben für eine Vielzahl von Anwendungen in der Industrie, Medizin und Forschung geeignet.

 

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. Wärmeausdehnungsindex von Saphir-Scheiben

Der Wärmeausdehnungsindex von Saphir-Scheiben ist ein Maß dafür, wie stark sich die Scheibe bei Temperaturänderungen ausdehnt. Er wird in der Regel in °C^(-1) angegeben.

Der Wärmeausdehnungsindex von Saphir-Scheiben liegt zwischen 5,5 x 10^(-6) °C^(-1) und 6,5 x 10^(-6) °C^(-1). Der genaue Wert hängt von der Kristallrichtung und der Reinheit des Saphirs ab.

Zum Vergleich: Der Wärmeausdehnungsindex von Stahl liegt bei etwa 12 x 10^(-6) °C^(-1) und der von Glas bei etwa 9 x 10^(-6) °C^(-1). Dies bedeutet, dass sich Saphir-Scheiben bei Temperaturänderungen weniger stark ausdehnen als Stahl und Glas.

Die geringe Wärmeausdehnung von Saphir-Scheiben hat mehrere Vorteile:

- Thermische Stabilität: Saphir-Scheiben sind thermisch stabil und verformen sich bei Temperaturänderungen nicht. Dies macht sie ideal für Anwendungen in Umgebungen mit hohen Temperaturen.
- Genauigkeit: Saphir-Scheiben werden in der Optik und Präzisionsmechanik eingesetzt, da sie sich bei Temperaturänderungen kaum ausdehnen und somit präzise Abmessungen behalten.
- Langlebigkeit: Die geringe Wärmeausdehnung von Saphir-Scheiben trägt zu ihrer Langlebigkeit bei.

Saphir-Scheiben werden aufgrund ihrer geringen Wärmeausdehnung in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, z. B.:

- Uhrengläser: Saphirgläser sind kratzfest und bruchsicher und halten hohen Temperaturen stand.
- Optische Fenster: Saphir-Scheiben werden aufgrund ihrer Lichtdurchlässigkeit und Wärmebeständigkeit in optischen Fenstern und Linsen verwendet.
- Halbleiterindustrie: Saphir-Scheiben werden als Substrat für die Herstellung von Galliumarsenid (GaAs)-Halbleitern verwendet.
- Medizintechnik: Saphir-Scheiben werden in der Medizintechnik z. B. für Implantate und künstliche Gelenke verwendet.
- Lasertechnik: Saphir-Scheiben werden als Lasermaterial in Lasern verwendet.

 

* Der Wärmeausdehnungsindex von Saphir-Scheiben ist relativ gering. Dies macht Saphir-Scheiben ideal für Anwendungen, bei denen hohe Temperaturschwankungen auftreten.

 

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. Leitfähigkeit von Saphir-Scheiben

Saphirscheiben, die aus kristallinem Aluminiumoxid (Al2O3) bestehen, sind inhärent Isolatoren und besitzen daher eine sehr geringe elektrische Leitfähigkeit. Die intrinsische Leitfähigkeit von reinem Saphir liegt bei Raumtemperatur im Bereich von 10^-14 bis 10^-16 S/cm.

Faktoren, die die Leitfähigkeit beeinflussen:

- Verunreinigungen: Fremdatome, wie z. B. Eisen oder Titan, können die Leitfähigkeit von Saphir deutlich erhöhen.
- Dotierung: Durch gezielte Dotierung mit Fremdatomen, wie z. B. Chrom oder Titan, kann Saphir n- oder p-leitend gemacht werden.
- Sauerstoffgehalt: Der Sauerstoffgehalt im Saphir kann die Leitfähigkeit beeinflussen.
- Defekte: Kristalldefekte, wie z. B. Leerstellen oder Versetzungen, können die Leitfähigkeit erhöhen.
- Temperatur: Die Leitfähigkeit von Saphir steigt mit der Temperatur.

Typische Anwendungen:

- Isolationsmaterial: Aufgrund ihrer geringen Leitfähigkeit werden Saphirscheiben als Isolationsmaterial in der Elektronik verwendet.
- Substrat für Halbleiter: Saphirscheiben werden als Substrat für die Herstellung von Galliumarsenid (GaAs)-Halbleitern verwendet.
- Optische Fenster: Infrarot-Optiken aus Saphir profitieren von der hohen Lichtdurchlässigkeit und gleichzeitig geringen elektrischen Leitfähigkeit.

 

* Saphirscheiben sind in zwei Haupttypen erhältlich: einkristalline und polykristalline Saphirscheiben. Beide Typen von Saphirscheiben sind Isolatoren, d. h. sie leiten keinen Strom. Die elektrische Leitfähigkeit von Saphirscheiben kann jedoch durch Dotierung mit anderen Elementen wie Titan oder Eisen erhöht werden. Dotierte Saphirscheiben finden Anwendung in einer Reihe von elektronischen Geräten.

 

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. Spezifischer Widerstand von Saphir-Scheiben

Der spezifische Widerstand von Saphir-Scheiben ist ein Maß für ihre Fähigkeit, den elektrischen Stromfluss zu behindern. Er wird in Ohmmeter (Ωm) angegeben und ist abhängig von der Reinheit, Dotierung und Kristallstruktur des Saphirs.

Typische Werte:

- Hochreiner, undotierter Saphir: 10^15 bis 10^18 Ωm
- Dotierter Saphir: 10^10 bis 10^14 Ωm
- Leitsfähiger Saphir: 10^3 bis 10^6 Ωm

Einflussfaktoren:

- Reinheit: Verunreinigungen im Saphir verringern den spezifischen Widerstand.
- Dotierung: Die gezielte Zugabe von Fremdatomen (Dotierung) kann den spezifischen Widerstand erhöhen oder verringern.
- Kristallstruktur: Defekte in der Kristallstruktur können den spezifischen Widerstand verringern.

Anwendungen:

- Isolationsmaterial: Aufgrund seines hohen spezifischen Widerstands wird Saphir als Isolationsmaterial in elektronischen Bauteilen verwendet.
- Substrat für Halbleiter: Saphir-Scheiben mit hoher Reinheit werden als Substrat für die Herstellung von Galliumarsenid (GaAs)-Halbleitern verwendet.
- Piezoelektrische Anwendungen: Dotierter Saphir kann aufgrund seiner piezoelektrischen Eigenschaften in Sensoren und Aktoren verwendet werden.

 

* Der spezifische Widerstand von Saphirscheiben ist ein wichtiger Parameter für die Auswahl des Materials in verschiedenen Anwendungen. Durch Dotierung und Kontrolle der Kristallstruktur kann der spezifische Widerstand an die jeweiligen Anforderungen angepasst werden.

 

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. Dielektrizitätskonstante von Saphir-Scheiben

Die Dielektrizitätskonstante von Saphir-Scheiben, auch relative Permittivität genannt, beschreibt die Fähigkeit des Materials, ein elektrisches Feld zu speichern. Sie ist ein wichtiger Faktor bei der Verwendung von Saphirscheiben in elektronischen Anwendungen.

Die Dielektrizitätskonstante von synthetischem Saphir liegt in der Regel zwischen 9,4 und 10,2. Der genaue Wert hängt von der Kristallrichtung und der Dotierung des Saphirs ab.

Einflussfaktoren:

Die Dielektrizitätskonstante von Saphir-Scheiben kann durch verschiedene Faktoren beeinflusst werden, z. B.:

- Kristallrichtung: Die Dielektrizitätskonstante ist in der c-Achsenrichtung des Saphirs am höchsten und in der a-Achsenrichtung am niedrigsten.
- Dotierung: Die Dotierung von Saphir mit Fremdatomen kann die Dielektrizitätskonstante erhöhen oder verringern.
- Temperatur: Die Dielektrizitätskonstante von Saphir nimmt mit steigender Temperatur ab.

Anwendungen:

Die Dielektrizitätskonstante von Saphir-Scheiben spielt eine wichtige Rolle in folgenden Anwendungen:

- Halbleiterindustrie: Saphir-Scheiben werden als Substrat für die Herstellung von Galliumarsenid (GaAs)-Halbleitern verwendet. Die hohe Dielektrizitätskonstante von Saphir trägt dazu bei, die elektrischen Eigenschaften der GaAs-Schicht zu verbessern.
- Mikrowellentechnik: Saphir-Scheiben werden aufgrund ihrer hohen Dielektrizitätskonstante und geringen Verluste in Mikrowellenanwendungen eingesetzt.
- Optische Anwendungen: Die Dielektrizitätskonstante von Saphir beeinflusst die Brechzahl des Materials und spielt daher eine Rolle in optischen Anwendungen wie Linsen und Prismen.

 

* Die Dielektrizitätskonstante von Saphir-Scheiben ist eine wichtige Materialeigenschaft, die für verschiedene Anwendungen in der Elektronik relevant ist.

 

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. Dichte von Saphir-Scheiben

Die Dichte von Saphirscheiben beträgt etwa 4,0 g/cm³. Dies bedeutet, dass 1 cm³ Saphir 4,0 Gramm wiegt. Die Dichte von Saphir kann je nach Reinheit und Kristallstruktur geringfügig variieren.

Die Dichte von Saphir ist höher als die der meisten anderen Materialien, einschließlich Glas und Kunststoff. Dies macht Saphirscheiben stark und langlebig.

Die Dichte von Saphirscheiben kann durch verschiedene Verfahren gemessen werden, z. B. durch die Archimedes-Methode oder durch die Verwendung eines Pyknometers.

Die Dichte von Saphir ist eine wichtige Eigenschaft für viele seiner Anwendungen. Beispielsweise wird Saphir aufgrund seiner hohen Dichte in Uhrengläsern und anderen optischen Anwendungen verwendet. Die Dichte von Saphir macht ihn auch für den Einsatz in der Halbleiterindustrie geeignet.

 

* Die Dichte von Saphirscheiben ist wichtig für eine Reihe von Anwendungen , z. B. in der Optik und Elektronik. Durch Kenntnis der Dichte einer Saphirscheibe kann die Lichtdurchlässigkeit bzw. die Wärmeleitfähigkeit berechnet werden.

 

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. Druckfestigkeit von Saphir-Scheiben

Die Druckfestigkeit von Saphir-Scheiben ist ein komplexes Thema, das von mehreren Faktoren abhängt, wie z. B.:

- Art der Saphir-Scheibe: Es gibt verschiedene Arten von Saphir-Scheiben, die sich in ihrer Herstellung und ihren Eigenschaften unterscheiden. Synthetische Saphir-Scheiben werden in der Regel durch das Czochralski-Verfahren hergestellt, während natürliche Saphir-Scheiben aus dem Abbau von Saphirkristallen gewonnen werden.
- Orientierung der Saphir-Scheibe: Die Kristallstruktur von Saphir hat Einfluss auf die Druckfestigkeit. Die Druckfestigkeit ist in Richtung der c-Achse (Härte 9 Mohs) am höchsten und in Richtung der a-Achse (Härte 8 Mohs) am niedrigsten.
- Größe und Dicke der Saphir-Scheibe: Größere und dickere Saphir-Scheiben haben in der Regel eine höhere Druckfestigkeit als kleinere und dünnere Scheiben.
- Verarbeitungsqualität der Saphir-Scheibe: Die Druckfestigkeit kann durch die Verarbeitung der Saphir-Scheibe beeinflusst werden. Einschlüsse, Risse und andere Defekte können die Druckfestigkeit verringern.
- Prüfbedingungen: Die Druckfestigkeit kann durch die Prüfbedingungen, wie z. B. die Temperatur, die Belastungsgeschwindigkeit und die Umgebungsbedingungen, beeinflusst werden.

Typische Werte:

Die Druckfestigkeit von Saphir-Scheiben liegt in der Regel zwischen 2 GPa und 4 GPa. Synthetische Saphir-Scheiben haben in der Regel eine höhere Druckfestigkeit als natürliche Saphir-Scheiben.

Einflussfaktoren:

- Härte: Die Härte von Saphir ist ein wichtiger Faktor für die Druckfestigkeit. Je härter der Saphir, desto höher die Druckfestigkeit. Sprödigkeit: Saphir ist ein sprödes Material, das bei hohen Belastungen plötzlich brechen kann.
- Zähigkeit: Die Zähigkeit beschreibt die Fähigkeit eines Materials, Energie zu absorbieren, bevor es bricht. Eine höhere Zähigkeit führt zu einer höheren Druckfestigkeit.
Fehler: Fehler wie Einschlüsse, Risse und Verunreinigungen können die Druckfestigkeit von Saphir-Scheiben verringern.

 

* Die Druckfestigkeit von Saphir-Scheiben ist ein komplexes Thema, das von mehreren Faktoren abhängt. Die typische Druckfestigkeit liegt zwischen 2 GPa und 4 GPa. Synthetische Saphir-Scheiben haben in der Regel eine höhere Druckfestigkeit als natürliche Saphir-Scheiben.

 

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. Elastizitätsmodul von Saphir-Scheiben

Der Elastizitätsmodul von Saphir-Scheiben, auch bekannt als Youngscher Modul, beschreibt die Beziehung zwischen Spannung und Dehnung des Materials. Er ist ein Maß dafür, wie steif ein Material ist.

Elastizitätsmodul von synthetischem Saphir:

- E-Modul (c-Richtung): 348 GPa E-Modul (a-Richtung): 374 GPa

Elastizitätsmodul von natürlichem Saphir:

- E-Modul (c-Richtung): 344 GPa E-Modul (a-Richtung): 370 GPa

 

Der Elastizitätsmodul von Saphir-Scheiben kann durch verschiedene Faktoren beeinflusst werden, wie z. B.:

- Kristallrichtung: Der Elastizitätsmodul ist in der c-Richtung (senkrecht zur hexagonalen Achse) etwas niedriger als in der a-Richtung (parallel zur hexagonalen Achse).
- Dotierung: Die Dotierung von Saphir mit Fremdatomen kann den Elastizitätsmodul geringfügig verändern.
- Temperatur: Der Elastizitätsmodul nimmt mit steigender Temperatur ab.
- Porosität: Die Porosität von Saphir-Scheiben kann den Elastizitätsmodul verringern.

 

* Der Elastizitätsmodul von Saphir-Scheiben liegt zwischen 344 GPa und 374 GPa. Er ist richtungsabhängig und kann durch verschiedene Faktoren beeinflusst werden.

 

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. Biegefestigkeit von Saphir-Scheiben

Die Biegefestigkeit von Saphirscheiben ist ein wichtiges Maß für ihre Widerstandsfähigkeit gegenüber Biegebelastungen. Sie wird in der Regel in MPa (Megapascal) angegeben und beschreibt die maximale Spannung, die eine Saphirscheibe aushalten kann, bevor sie bricht.

Die Biegefestigkeit von Saphirscheiben hängt von einer Reihe von Faktoren ab, z. B.:

- Material: Die Biegefestigkeit von synthetischen Saphirscheiben ist in der Regel höher als die von natürlichen Saphirscheiben.
- Dicke: Dünnere Saphirscheiben haben in der Regel eine geringere Biegefestigkeit als dickere Saphirscheiben
- Orientierung: Die Biegefestigkeit von Saphirscheiben istrichtungsabhängig. Die höchste Biegefestigkeit liegt in der Richtung der c-Achse des Kristalls.
- Oberflächenbeschaffenheit: Eine glatte Oberfläche erhöht die Biegefestigkeit von Saphirscheiben.
- Herstellungsverfahren: Das Herstellungsverfahren kann die Biegefestigkeit von Saphirscheiben beeinflussen.

Die Biegefestigkeit von Saphirscheiben liegt typischerweise zwischen 250 MPa und 500 MPa.

Einflussfaktoren:

- Härte: Die Härte von Saphir ist ein wichtiger Faktor für seine Biegefestigkeit. Je härter das Material, desto höher die Biegefestigkeit.
- Elastizitätsmodul: Der Elastizitätsmodul von Saphir beschreibt seine Steifigkeit. Je steifer das Material, desto höher die Biegefestigkeit.
- Bruchzähigkeit: Die Bruchzähigkeit von Saphir beschreibt seine Widerstandsfähigkeit gegenüber Rissbildung. Je höher die Bruchzähigkeit, desto höher die Biegefestigkeit.

Verbesserung der Biegefestigkeit:

Die Biegefestigkeit von Saphirscheiben kann durch verschiedene Verfahren verbessert werden, z. B.:

- Dotierung: Die Dotierung von Saphir mit bestimmten Elementen kann die Biegefestigkeit erhöhen.
- Härtebeschichtung: Eine Härtebeschichtung der Oberfläche von Saphirscheiben kann die Biegefestigkeit erhöhen.
- Verbundwerkstoffe: Die Verwendung von Saphirscheiben in Verbundwerkstoffen mit anderen Materialien kann die Biegefestigkeit erhöhen.

 

* Die Biegefestigkeit von Saphirscheiben ist ein wichtiges Maß für ihre Widerstandsfähigkeit gegenüber Biegebelastungen. Sie hängt von einer Reihe von Faktoren ab und kann durch verschiedene Verfahren verbessert werden.

 

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. Zugfestigkeit von Saphir-Scheiben

Die Zugfestigkeit von Saphirscheiben ist ein Maß für ihre Widerstandsfähigkeit gegenüber Zugbelastungen. Sie wird in der Regel in Megapascal (MPa) angegeben.

Die Zugfestigkeit von Saphirscheiben hängt von einer Reihe von Faktoren ab, darunter:

- Art des Saphirs: Natürliche Saphirscheiben haben in der Regel eine höhere Zugfestigkeit als synthetische Saphirscheiben.
- Orientierung der Kristalle: Die Zugfestigkeit von Saphirscheiben istrichtungsabhängig. Die höchste Zugfestigkeit wird in Richtung der c-Achse des Kristalls erreicht.
- Härte: Die Zugfestigkeit von Saphirscheiben steigt mit der Härte des Materials.
- Verarbeitung: Die Zugfestigkeit von Saphirscheiben kann durch die Verarbeitung, z. B. durch Schleifen oder Polieren, beeinflusst werden.

Typische Werte für die Zugfestigkeit von Saphirscheiben:

- Natürliche Saphirscheiben: 2500-3500 MPa & Synthetische Saphirscheiben: 2000-3000 MPa (Zum Vergleich: Die Zugfestigkeit von Stahl liegt bei etwa 1500 MPa.)
- Die hohe Zugfestigkeit von Saphirscheiben macht sie ideal für Anwendungen, bei denen sie hohen Belastungen ausgesetzt sind, z. B.:
- Optische Fenster: Saphir-Scheiben werden in optischen Fenstern verwendet, da sie hohen Belastungen durch Druck und Temperatur standhalten können.
- Lasertechnik: Saphir-Scheiben werden in Lasern verwendet, da sie hohe Energiedichten aushalten können.
- Medizintechnik: Saphir-Scheiben werden in der Medizintechnik z. B. für Implantate und künstliche Gelenke verwendet.

 

* Saphirscheiben sind ein Material mit einer hohen Zugfestigkeit. Sie sind daher ideal für Anwendungen, bei denen sie hohen Belastungen ausgesetzt sind.

 

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. Poisson's Ratio (Poissonzahl) von Saphir-Scheiben

Die Poissonzahl von Saphirscheiben, auch Querkontraktionsverhältnis genannt, beschreibt das Verhältnis der lateralen Kontraktion zur axialen Dehnung des Materials. Sie ist eine wichtige Materialeigenschaft, die bei der Charakterisierung des mechanischen Verhaltens von Saphirscheiben unter Belastung berücksichtigt werden muss.

Poissonzahl von synthetischem Saphir:

Die Poissonzahl von synthetischem Saphir liegt typischerweise zwischen 0,27 und 0,31. Der genaue Wert kann jedoch von der Kristallorientierung, der Reinheit und der Dotierung des Materials abhängen.

Einflussfaktoren:

- Kristallorientierung: Die Poissonzahl von Saphir istrichtungsabhängig. Die höchste Poissonzahl wird in der c-Achsenrichtung gemessen, während die niedrigste Poissonzahl in der a-Achsenrichtung gemessen wird.
- Reinheit: Die Poissonzahl von Saphir kann durch Verunreinigungen und Einschlüsse beeinflusst werden. Reinere Saphirscheiben haben in der Regel eine höhere Poissonzahl.
- Dotierung: Die Dotierung von Saphir mit Fremdatomen kann die Poissonzahl beeinflussen. Zum Beispiel kann die Dotierung mit Titan die Poissonzahl erhöhen.

Auswirkungen:

Die Poissonzahl spielt eine wichtige Rolle bei der Berechnung von Spannungen und Dehnungen in Saphirscheiben unter Belastung. Sie ist auch relevant für die Bestimmung der Biegefestigkeit und der Bruchzähigkeit des Materials.

 

* Die Poissonzahl von Saphirscheiben ist eine wichtige Materialeigenschaft, die bei der Konstruktion und Anwendung von Saphirkomponenten berücksichtigt werden muss. Der genaue Wert der Poissonzahl kann von verschiedenen Faktoren abhängen, und es ist wichtig, die relevanten Daten für die spezifische Anwendung zu konsultieren.

 

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. Härte von Saphir-Scheiben

Die Härte von Saphir-Scheiben ist eine ihrer wichtigsten Eigenschaften und macht sie für eine Vielzahl von Anwendungen geeignet. Saphir-Scheiben besitzen eine Mohs-Härte von 9. Dies bedeutet, dass sie nach Diamant das zweithärteste Material der Welt sind.

Härtevergleich: Glas hat eine Mohs-Härte von 5 bis 6, Quarz eine Härte von 7 und Stahl eine Härte von 7 bis 8.

Die hohe Härte von Saphir-Scheiben bietet folgende Vorteile:

- Kratzfestigkeit: Saphir-Scheiben sind extrem kratzfest und werden daher häufig in Anwendungen eingesetzt, in denen sie hohen mechanischen Belastungen ausgesetzt sind, z. B. in Uhrengläsern und optischen Fenstern.
- Verschleißfestigkeit: Saphir-Scheiben sind sehr verschleißarm und zeichnen sich durch eine lange Lebensdauer aus.
- Bruchfestigkeit: Saphir-Scheiben sind relativ bruchsicher, jedoch nicht unzerbrechlich.

Die Härte von Saphir-Scheiben kann durch verschiedene Faktoren beeinflusst werden, z. B.:

- Reinheit: Die Reinheit des Saphirs beeinflusst seine Härte. Je reiner der Saphir, desto härter ist er.
- Kristallstruktur: Die Kristallstruktur des Saphirs beeinflusst seine Härte. Defekte in der Kristallstruktur können die Härte verringern.
- Herstellungsverfahren: Das Herstellungsverfahren kann die Härte von Saphir-Scheiben beeinflussen. Synthetische Saphir-Scheiben, die im Czochralski-Verfahren hergestellt werden, sind in der Regel härter als synthetische Saphir-Scheiben, die im Verneuil-Verfahren hergestellt werden.

Die Härte von Saphir-Scheiben kann mit verschiedenen Verfahren geprüft werden, z. B.:

- Mohs-Härteprüfung: Die Mohs-Härteprüfung ist ein Verfahren zur Bestimmung der Härte von Materialien durch Ritzen mit Vergleichsmineralien.
- Vickers-Härteprüfung: Die Vickers-Härteprüfung ist ein Verfahren zur Bestimmung der Härte von Materialien durch Eindrücken einer Diamantpyramide.

 

* Die Härte ist eine der wichtigsten Eigenschaften von Saphir-Scheiben. Sie macht sie extrem kratzfest, verschleißarm und bruchsicher. Die Härte von Saphir-Scheiben kann durch verschiedene Faktoren beeinflusst werden und wird mit verschiedenen Verfahren geprüft.

 

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. Brechungsindex von Saphir-Scheiben

Der Brechungsindex von Saphir-Scheiben ist abhängig von der Wellenlänge des Lichts und der Kristallrichtung. Im sichtbaren Lichtspektrum liegt der Brechungsindex von Saphir zwischen 1,76 und 1,77.

Genauere Werte:

. Natriumlicht (λ = 589 nm): n = 1,762
. Heliumlicht (λ = 587,6 nm): n = 1,760
. Wasserstofflicht (λ = 656,3 nm): n = 1,757
. Rubinlicht (λ = 694,3 nm): n = 1,754

Anisotropie:

Saphir ist ein anisotropes Material, d.h. der Brechungsindex ist abhängig von der Richtung des Lichts im Kristall. Der Brechungsindex ist parallel zur c-Achse (nω) etwas höher als senkrecht zur c-Achse (nε).

. nω: 1,768 - 1,772
. nε: 1,755 - 1,760

Anwendungen:

Der Brechungsindex von Saphir-Scheiben wird in einer Vielzahl von Anwendungen genutzt, z. B.:

- Optische Linsen: Saphir-Scheiben werden aufgrund ihres hohen Brechungsindex und ihrer geringen Dispersion für die Herstellung von optischen Linsen verwendet.
- Prismen: Saphir-Prismen werden aufgrund ihres hohen Brechungsindex und ihrer Anisotropie für die Zerlegung von Licht verwendet.
- Lasertechnologie: Saphir-Scheiben werden als Lasermaterial in Lasern verwendet.
- Optische Fenster: Saphir-Scheiben werden aufgrund ihrer Lichtdurchlässigkeit und Wärmebeständigkeit in optischen Fenstern verwendet.

 

* Der Brechungsindex von Saphir-Scheiben ist eine wichtige Eigenschaft, die Einfluss auf die Lichtdurchlässigkeit, Reflexion, Streuung und optische Abbildung der Saphir-Scheibe hat. Der Brechungsindex von Saphir-Scheiben wird in einer Vielzahl von Anwendungen in der Optik, Lasertechnologie und anderen Bereichen genutzt.

 

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. Doppelbrechung von Saphir-Scheiben

Saphir ist ein doppelbrechendes Material. Das bedeutet, dass Licht, das durch eine Saphirscheibe fällt, in zwei Strahlen geteilt wird, die unterschiedliche Polarisationsrichtungen haben. Dieser Effekt tritt auf, weil Saphirkristalle eine anisotrope Struktur besitzen, d.h. ihre Eigenschaften sind in verschiedenen Richtungen unterschiedlich.

Die Doppelbrechung von Saphir-Scheiben wird durch die Anordnung der Atome im Saphirkristall verursacht. Die Atome sind in einer hexagonalen Struktur angeordnet, die zwei optische Achsen hat. Licht, das durch den Kristall fällt, wird in zwei Strahlen geteilt, einen ordentlichen Strahl und einen außerordentlichen Strahl. Der ordentliche Strahl parallel zur optischen Achse, während der außerordentliche Strahl senkrecht zur optischen Achse vibriert.

Die Doppelbrechung von Saphir-Scheiben hat verschiedene Auswirkungen:

- Polarisation: Die beiden Strahlen, die durch die Saphirscheibe geteilt werden, sind unterschiedlich polarisiert. Der ordentliche Strahl ist linear polarisiert, während der außerordentliche Strahl elliptisch polarisiert ist.
- Doppelbilder: Wenn man ein Objekt durch eine Saphirscheibe betrachtet, sieht man zwei Bilder des Objekts. Dies liegt daran, dass die beiden Strahlen, die durch die Scheibe geteilt werden, an unterschiedlichen Stellen auf der Netzhaut des Auges abgebildet werden.
- Birefringenz: Die Doppelbrechung von Saphir-Scheiben kann zur Messung der Birefringenz verwendet werden. Die Birefringenz ist ein Maß für die Stärke der Doppelbrechung.

Die Doppelbrechung von Saphir-Scheiben findet in verschiedenen Anwendungen Anwendung, z. B.:

- Polarisationsoptik: Saphir-Scheiben werden in der Polarisationsoptik verwendet, um Licht zu polarisieren und zu analysieren.
- Optische Filter: Saphir-Scheiben können als optische Filter verwendet werden, um bestimmte Wellenlängen des Lichts zu blockieren.
- Laserschutzbrillen: Saphir-Scheiben werden in Laserschutzbrillen verwendet, um die Augen vor schädlichem Laserlicht zu schützen.

 

* Die Doppelbrechung von Saphir-Scheiben ist eine wichtige Eigenschaft, die verschiedene Auswirkungen und Anwendungen hat.

 

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