Caracterização de setores de crescimento e defeitos estruturais em quartzo sintético crescido a partir de sementes cilíndricas e placas perfuradas

Abstract

Em função de suas propriedades, o quartzo sintético é utilizado nas indústrias de alta tecnologia para a produção de dispositivos de controle de freqüência, como ressonadores e filtros, sensores e transdutores. Em decorrência disso, existe uma demanda cada vez maior por quartzo sintético de alta qualidade e, por isso, seus defeitos estruturais são motivos de inúmeros estudos. Cabe ressaltar que o Brasil é o maior exportador de quartzo natural usado na produção de quartzo sintético pela síntese hidrotérmica, atualmente estimada em mais de 2000 t/ano. O presente estudo tem por objetivo investigar a morfologia e a incorporação de impurezas e defeitos estruturais em setores de crescimento, crescidos a partir de sementes cilíndricas e furos circulares e hexagonais. Na indústria, o processo de crescimento hidrotérmico é geralmente realizado a partir das superfícies externas de sementes retangulares paralelas à direção Y. Para isso, as técnicas de inspectoscopia e microscopia ópticas, topografia por difração de raios-X e espectroscopias no ultravioleta-visível (UV-Vis) e no infravermelho (IV) foram empregadas para caracterização da morfologia e distribuição de defeitos dos cristais crescidos. A irradiação das amostras com raios-γ em associação com a inspectoscopia, permitiu a identificação dos setores de crescimento. A topografia por difração de raios-X permitiu caracterizar estrias de crescimento e discordâncias nos diferentes setores. Já as técnicas de espectroscopias IV e UV-Vis foram usadas para evidenciar a incorporação de centros de defeitos relacionados ao Al-substitucional (Al-OH e Al-buraco) e grupos OH (OH livre) nos diferentes setores de crescimento. A morfologia dos setores e a distribuição de centros de defeitos nos furos preenchidos foram comparados aos resultados obtidos com as sementes cilíndricas e discutidos em função da literatura. Com os resultados encontrados constatou-se que os setores crescidos a partir das sementes cilíndricas e furos são os mesmos, ou seja, a geometria dos furos e o sentido de crescimento (para fora ou para dentro) não afetaram a distribuição dos setores em torno do eixo de crescimento. Ao contrário das sementes retangulares convencionais, a semente cilíndrica Y apresentou a ocorrência dos setores S. A velocidade de crescimento da semente de geometria cilíndrica foi menor do que nas sementes convencionais em virtude de que, no início, existe a possibilidade de crescimento em todas as direções perpendiculares ao eixo da semente. Foi observado que a incorporação de inclusões sólidas é dependente do caráter polar da direção X uma vez que as inclusões se incorporaram em maior quantidade nas interfaces semente/cristal dos setores +X e +S. A topografia de raios-X revelou os mesmos setores de crescimento que as imagens das placas irradiadas. Comparando as imagens topográficas e placas irradiadas das sementes, pode-se concluir que as estrias de crescimento presentes nos setores r e X estão respectivamente relacionados com a incorporação de Al substitucional e grupos OH. As intensidades de escurecimento e as concentrações dos centros de defeitos de Al-buraco e Al-OH variaram de um setor para outro