Сапфир: паршивая овца часовой индустрии

Jan 16, 2024

Каждый Взглянув на часы, вы пользуетесь свойствами сапфира, даже не замечая их. Сапфир важен в нашей повседневной жизни из-за своей прозрачности и невосприимчивости к царапинам. Помимо чехлов для часов, он в больших объемах используется для изготовления светодиодных подложек и устойчивых к царапинам стекол для военных машин.

Значительное количество сапфира используется для изготовления ювелирных изделий и часов, и потребители высокого класса все больше осознают экологичность продуктов, которые они покупают. Они предпочтут покупать хорошо изготовленные товары, которые прослужат долго и сохранят свою ценность, чем более дешевые товары, которые им придется выбросить через короткое время. Промышленно производимый синтетический сапфир так же тверд, как и природный, но более прозрачен, поскольку в нем отсутствуют микроэлементы, которые придают драгоценным камням различные оттенки. Сапфир часто позиционируется как «устойчивый к царапинам» или «практически устойчивый к царапинам». Это связано с тем, что его твердость составляет девять баллов по шкале Мооса, а это означает, что его можно поцарапать только более твердым веществом, таким как алмаз, который оценивается в десять баллов.1

Промышленный процесс производства и настройки сапфира состоит из трех основных этапов. Первым шагом является производство оксида алюминия высокой чистоты (оксида алюминия, называемого HPA). Второй шаг — кристаллизация этого HPA при очень высоких температурах, около 2050°C, с образованием необработанных кристаллов синтетического сапфира. На третьем этапе этой кристаллической массе придают форму и разрезают на кусочки пилами с алмазным покрытием. Полученные пластины затем шлифуются и полируются для желаемого применения.

Эти процессы оставляют значительный углеродный след, о котором мы, возможно, не задумаемся, пока не узнаем об этом. Например, на этапе полной кристаллизации (второй этап) выделяется 43 кг CO2 на кг произведенного сапфира. Однако его можно существенно сократить, если внимательно следить за каждым шагом.

Производство HPA начинается с минерального сырья. Если это сырье производится только с использованием гидроэнергии, то единственным углеродным следом на заводе, где производится HPA, является транспортировка.

Если источник находится близко к заводу, это может быть минимальным или даже сведено к нулю за счет компенсации. Так обстоит дело с компанией Advanced Energy Minerals (AEM), которая производит HPA в Квебеке, Канада. Он использует сырье из Квебека, которое производится преимущественно с помощью гидроэнергетики.

Завод AEM был спроектирован так, чтобы минимизировать энергопотребление за счет использования запатентованного процесса кристаллизации с выщелачиванием хлора. Местные возобновляемые источники энергии, гидроэнергия и ветер Hydro Quebec обеспечивают электроэнергию AEM. Завод в Кап-Ша является соседом ветропарка Le Nordais со 133 турбинами. В настоящее время доля возобновляемых источников энергии составляет 96%, и есть конкретные планы достичь 100% к концу года. Это позволит сократить выбросы CO2 с текущего значения менее двух тонн CO2 на тонну HPA практически до нуля.

Это резко контрастирует с технологиями, использующими традиционный алкоксидный процесс, обычно не использующий возобновляемые источники энергии, который выделяет 12,3 тонны CO2 на тонну HPA. У других производителей есть цель сократить этот показатель в пять раз, что по-прежнему очень высоко.

Адаптация к требованиям заказчика делает следующие этапы процесса более эффективными. Компания AEM имеет линейку продуктов для поставки своим клиентам прессованного глинозема 4N и 5N по индивидуальному заказу. Размер варьируется от шайб весом в несколько граммов до гигантских шайб весом до 21 кг.

Все процессы преобразования HPA в сапфир плавят оксид алюминия при температуре выше 2050°C. За этим следует медленный процесс охлаждения, который занимает одну-две недели для создания кристалла сапфира. Поскольку это низкотехнологичный процесс, кристалл не идеален. Однако на это может повлиять качество используемого HPA и ловкость оператора печи. HPA более низкой чистоты используется для светодиодов. Следующий уровень чистоты находит применение в корпусах часов. HPA высочайшего качества прозрачен для глубокого УФ-излучения благодаря низкому содержанию титана. Это делает его пригодным для медицинского применения. Проблемы кристаллизации также могут повлиять на качество конечного продукта и определить его конечное применение. Например, светодиодное устройство, содержащее несовершенный и неоднородный сапфировый компонент, может иметь снижение эффективности, более короткий срок службы или изменение цвета излучения.3